Fusionsenergi inden for rækkevidde
Forestil dig en kraftkilde som dækker verdens energibehov i al fremtid uden at skade miljøet. 'Det er ikke længere science fiction' lover lederen af verdens største fusionsprojekt.

En tekniker er i gang med at vedligeholde det indre af fusionsreaktoren ved den Polytekniske højskole i Lausanne, Schweiz. (Foto: Alain Herzog)

En tekniker er i gang med at vedligeholde det indre af fusionsreaktoren ved den Polytekniske højskole i Lausanne, Schweiz. (Foto: Alain Herzog)

 

For en verden med et skrigende behov for ren energi, lyder det for godt til at være sandt.

Ved hjælp af atomfusion kan menneskeheden i princippet høste fra en ubegrænset energikilde, som aldrig vil løbe tør.

Det er ingen fare for ukontrollerede kernereaktioner, og udledningen af skadelige klimagasser er lig nul. Samtidig er den radioaktive stråling ubetydelig i forhold til traditionelle atomkraftværker.

»Atomfusion er fremtidens energikilde. Indenfor tredive år vil vi demonstrere, at det faktisk lader sig gøre,« siger Carlos Alejaldre.

Han er vicedirektør for International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), verdens kraftigste fusionsreaktor, som er under konstruktion i Frankrig.

Fusion i solen

Selv om det kan være vanskeligt at lade sig overbevise, er der i hvert fald ingen grund til at tvivle på at selve princippet i atomfusion faktisk virker. Hvis man misser op mod solen, ser man nemlig op på en enorm fusionsreaktor.

Hvert sekund sammensmelter solen atomkernerne 700 ton brint. En stor del af biproduktet af denne proces er helium. Men desuden frigør fusionen energi, i form af solens livgivende stråler.

Hvis det også lykkes at efterligne denne proces her på jorden, kan menneskehedens energibehov måske være løst - en gang for alle.

»Vi forsøger ganske enkelt at kopiere det som sker på solen. Man kan godt sige, at mit job er at tænde en stjerne her nede på jorden,« siger Carlos Alejaldre fra ITER.

Evigtvarende brændsel

Forskning.no mødte professor i plasmafysik Minh Quang Tran (t.v.) og Carlos Alejaldre, vicedirektør for ITER. Begge er overbeviste om at atomfusion er jordens fremtidige energikilde. (Foto: Espen Eggen)

På solen fusionerer brintatomer altså. I reaktorerne her på jorden, anvendes i stedet de to brintvarianter (isotoper) deuterium og tritium. De lader sig lettere fusionere, end normale brintatomer.

Det rigtigt interessante ved deuterium er, at det med lethed kan udvindes af vandet i havet, og dermed er forholdsvis ligeligt fordelt mellem verdens nationer.

For at udvinde tritium kræves der en lidt mere omstændelig proces, men der er nok af begge stoffer til at forsyne menneskeheden med energi i resten af jordens levetid.

Tryk og varme

Men at få atomkerner til at smelte sammen er lettere sagt end gjort.

Kernerne har nemlig ens elektrisk ladning, og vil naturligt frastøde hinanden. Derfor kræves der en kombination af tilstrækkelig varme og tæthed for at fusionsprocessen skal gå i gang.

I solens indre er der omkring 15 millioner grader. På grund af den meget store tæthed (det atmosfæriske tryk er cirka 100.000 gange større end på jorden) er dette tilstrækkelig til at holde fusionen i gang.

Varmere end solen

Her på jorden må forskerne kompensere for det lavere tryk med modsvarende højere temperaturer.

»I reaktoren her i Lausanne er vi oppe på 170 millioner grader,« forklarer Minh Quang Tran.

Han er leder for plasmafysisk forskning ved den Polytekniske højskole i Lausanne, som har en af verdens få forskningsreaktorer til atomfusion.

Svæver frit

Tværsnit af selve plasmabeholderen, eller tokamaken, i ITER. Den vil måle omkring 30 meter i diameter, og hele anlægget skal stå klart i 2018. (Illustration: ITER)

Ved disse temperaturer vil alle gasser gå over i plasmaform, hvor deres atomstruktur går i opløsning. Dermed frigøres elektronerne fra atomerne, og svæver frit omkring.

Først i denne tilstand kan fusionen af brintkerner finde sted, ved at de kolliderer og smelter sammen.

Hjertet i en fusionsreaktor er derfor selve beholderen med det ufatteligt varme gasplasma. Det har vist sig, at det mest effektive er at udforme denne beholder omtrent som en badering, og reaktoren kaldes da en 'tokamak' (afledt fra en russisk forkortelse).

Ved ITER-reaktoren vil tokamaken få en diameter på omkring 30 meter.

Eftersom ingen faste materialer tåler temperaturer på op imod to hundrede millioner grader, skal plasmaet holdes svævende inde i tokamaken ved hjælp af et kraftig magnetfelt.

Friktionsvarme og vanddamp

Det som sker, når kernerne i brint-isotoperne smelter sammen, er at bittesmå neutronpartikler frigøres. Disse farer så med høj fart ud af tokamaken i alle retninger i form af stråling.

I et fusionskraftværk vil energien fra neutronerne så blive opfanget af store stålkonstruktioner, som bygges op omkring tokamaken.

»Stålets opgave er ganske enkelt at bremse neutronerne som kommer farende med fuld fart. Nedbremsningen skaber friktionsvarme, og gør at stålet opvarmes,« forklarer Minh Quang Tran.

Denne varme-energi kan så anvendes til at skabe vanddamp, som igen kan drive traditionelle turbiner til produktion af elektricitet.

Gammel idé

Illustration af hvordan ITER-anlægget vil se ud, når det står færdigt på byggegrunden i det sydlige Frankrig. ITER er et af verdens dyreste forskningsprojekter, med et samlet budget på omkring ti milliarder dollars. (Foto/illustration: ITER)

Tanken om at hente energi fra at fusionere atomkerner, i stedet for at skille dem ad (fission) som i traditionelle atomkraftværker, er langt fra ny.

Allerede i 1958 blev der afholdt en stor, international konference hvor verdens nationer drøftede, hvordan de kunne udnytte atomfusion på fredelig vis.

Bygningen af ITER kan vise sig at blive et afgørende skridt mod denne vision.

Det drejer sig om et af verdens dyreste forskningsprojekter nogensinde med et samlet budget på små 50 milliarder kroner. De fleste af verdens førende industri-nationer deltager og er med i fusionsklubben.

Reaktoren bygges i Cadarache lige ved Marseille i Frankrig, og skal efter planen stå klar i år 2018.

»ITER skal hjælpe os med at løse de sidste gåder omkring atomfusion. Hvis det lykkes for os, vil reaktoren bane vejen for kommerciel udnyttelse af denne energikilde,« siger vicedirektør Alejaldre.

Ustabilt plasma

Alligevel er det alt for tidlig at trække et lettelsens suk, og aflyse verdens mulige energi- og klimakrise. Der er fortsat rigtig mange tekniske forhindringer som skal overvindes, før vore hjem kan opvarmes af strøm produceret ved atomfusion.

»En af de største udfordringer er at få plasma, som er stabilt nok over tid,« siger Minh Quang Tran.

Dagens reaktorer kan kun klare at holde gang i fusionsprocessen i nogle tiendedele af et sekund, før plasmaet bliver ustabilt og processen stopper.

Målsætningen for ITER-reaktoren er at fusionen skal kunne køre i op til 50 minutter af gangen

Man kan godt sige, at mit job er at tænde en stjerne her nede på jorden

Carlos Alejaldre, ITER

»Men skal atomfusion blive aktuelt til energiproduktion, vil der kræves plasma som er stabilt dag ud og dag ind i årevis. Så vi har lang vej foran os endnu,« indrømmer professor i plasmafysik, Minh Quang Tran.

Stål som knækker

Forskeren er også især spændt på hvordan det stål som skal optage og magasinere energien fra fusionsreaktoren vil klare sig.

Dette er aldrig blevet afprøvet i fuld skala, og nogle enkelte teoretiske modeller tyder på at stål ikke vil kunne klare den vedvarende neutronstråling.

»Vi risikerer at stålet bliver sprødt og begynder at krakelere. I så fald har vi et problem med at håndtere den energi som reaktoren producerer,« siger Minh Quang Tran.

Idéen om at høste energi fra atomfusion har længe virket som en fjern drøm. Mange plasmaforskere mener også, at det aldrig vil lade sig udføre i praksis, fordi de tekniske udfordringer er for store.

Enkelte miljøorganisationer har også advaret imod at bruge fusionsenergi som en slags sovepude, som kan forsinke udviklingen af andre og mere realistiske alternative energikilder.

»Om et par årtier vil vi vide meget mere om, hvor vi står henne. Men selv om jeg vel er forpligtet af projektet til at være optimist, tror jeg af hele mit hjerte på, at det vil lykkes for os,« siger vicedirektør Carlos Alejaldre fra ITER.

Star Trek

Han slutter af med at citere fra en episode fra science fiction serien 'Star Trek', som han så, da han var lille.

I episoden rejste Mr. Spock og hans venner tilbage i tiden, og besøgte jorden en gang mod slutningen af det forrige århundrede.

»De kommenterede alle hvor pauvert menneskeheden levede. 'De har endnu ikke nået fusionsalderen', observerede Mr. Spock meget sigende. Tja, nu tror jeg vi er på vej til den,« siger Carlos Alejaldre.

© forskning.no. Oversat af Johnny Oreskov.

Nyhed: Lyt til artikler

Du kan nu lytte til udvalgte artikler herunder. Du kan også lytte til de oplæste artikler i din podcast-app, hvor du finder dem under navnet 'Videnskab.dk - Lyt til artikler'.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om de nedenstående prisvindende billeder af stjernetåger og stjernefabrikker her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk