Solens kræfter tæmmes på Jorden

Vi tænker kun sjældent over det, men uden Solen ville der ikke være liv på Jorden.

Den store lysende kugle hænger som et kæmpe kraftværk i midten af vores solsystem. Energien den udstråler, er så enorm, at den holder hånden under eksistensen af alle planter, dyr og mennesker som lever her på Jorden - 149,6 millioner kilometer væk fra den.

I disse tider skriger Jorden på miljøvenlig energi. Kunne vi blot skabe en lille sol her, ville vi få direkte adgang til en kraftfuld, CO2-neutral og praktisk talt uudtømmelig energikilde.

Selvom den idé måske lyder langt ude, er den faktisk ved at blive realiseret.

ITER er vejen frem

Forskere fra hele verden har nemlig i fællesskab designet et nyt energiproducerende værk kaldet ITER. Når ITER står færdigt i 2018, vil solens energiprocesser blive genskabt her på Jorden. Og de vil finde sted så tæt på os som i Sydfrankrig.

Den metode, som ITER bruger til at skabe energi, kaldes 'fusion'.

Ved fusion smelter atomer sammen under enorme varmegrader og afgiver derved energi. Men selvom der er tale om energi udvundet på atomniveau, er der - i modsætning til atomkraft - ikke radioaktivitetsproblemer forbundet med fusionskraft.

Når ITER bliver til virkelighed, vil menneskeheden derfor gå de sidste skridt på vejen mod gigantiske energimængder, som trækkes ud af ufarlige råstoffer. Til og med råstoffer, vi har i rigelige mængder. Det fortæller seniorforsker Søren Bang Korsholm fra Risø DTU - den forskninginstitution, der deltager med det danske bidrag til projektet. »Vi skal jo gerne have energi i samfundet efter den fossile tidsalder. Fusionskraft er en af de få teknologier, som kan producere energi i stor skala. Samtidig er fusionskraft en uudtømmelig, sikker og miljørigtig energiform,« siger Søren Bang Korsholm.

Har kendt til fusion i 90 år

Han fortæller, at videnskabsfolk længe har vidst, at solen producerer lys og varme via fusion af atomer.

Allerede i 1920 foreslog den engelske astronom Sir Arthur Eddington ganske rigtigt, at de titaniske temperaturer i solen betyder, at det hydrogen, den består af, bliver varmet op til det højeste stadie, et stof kan være i. Nemlig plasmastadiet (læs om plasma i den forklarende artikel: Plasma - den fjerde tilstandsform).

I det stadie smelter - eller fusionerer om man vil - hydrogenatomerne sammen og bliver til heliumatomer. I processen frigøres energi, som gør, at solen forbliver varm.

I 1930erne blev det bevist, at Sir Arthur Eddingtons teori om kilden til solens energi holdt vand. Videnskabens folk indså da hurtigt, at der lå et enormt potentiale i at genskabe solens fusionsprocesser på Jorden. Ville de få det til at lykkes, kunne de producere uendelige mængder af energi.

Og da man på det tidspunkt tog store skidt mod at skabe energi via fission - atomkraft - regnede man med, at fusionen ville blive tæmmet indenfor ganske kort tid.

Nødden er knækket

Men nej. Der skulle gå mange år med indsamling af data fra fusionseksperimenter i prøvereaktorer, før forskerne fandt frem til alle brikkerne i det komplekse puslespil, et fusionskraftværk er. Men nu er brikkerne fundet og ved at falde på plads, så forskerne er blevet i stand til at skabe energi ved fusion.

Det sker ved, at man i en reaktor fusionerer de to hydrogenisotoper deuterium og tritium.

De to varianter af hydrogen er valgt, fordi de er lettere at få til at fusionere på Jorden end det hydrogen, som fusionerer i Solen. Også selvom det kræver 200 millioner grader at skabe fusion på Jorden, mod 'kun' 15 millioner grader i Solen.

»Selvom der er meget høje temperaturer i et fusionskraftværk, er brændstoffets tryk meget tæt på atmosfærisk tryk, fordi det har en meget lav tæthed. I Solen er der derimod et meget højere tryk, fordi der er en meget høj tæthed. Den forskel betyder, at processen i Solen, hvor hydrogen smelter sammen til helium, er vanskelig at genskabe på Jorden. På Jorden er det lettest at få deuterium-tritum-processen til at forløbe,« fortæller Søren Bang Korsholm.

ITER giver energien ti gange tilbage

Forskerne har i 70 år vidst, at det teoretisk er muligt at få energi ved at fusionere deuterium og tritium. Og de har fået processen til at fungere i en række fusionsmaskiner. Men indtil videre har forskerne ikke nået det ønskede resultat: At producere mere energi ved fusionen, end der bliver brugt.

Det bliver der imidlertid lavet om på nu. ITER - den kommende fusionmaskine i Sydfrankrig - vil nemlig kunne tidoble den energi, der bliver puttet ind i den.

Grunden til, at ITER er den første fusionsmaskine, der producerer mere energi, end den forbruger, er, at den er meget større end alle tidligere fusionseksperimenter. Forskerne har nemlig regnet ud, at et fusionskraftværk skal have en vis størrelse for at kunne producere mere energi, end det forbruger.

Atomerne smelter sammen i varmen

Det skyldes, at der skal være plads til, at tilpas meget deuterium og tritium kan varmes op til plasma-stadiet, uden at det taber for meget varme.

»Der skal høj temperatur til ved fusion. Ellers kan atomkernerne ikke smelte sammen. Kernerne er nemlig positivt ladede, og der vil derfor være en elektrostatisk frastødning mellem dem. Men tilføres de en energi i form af varme, som er større end energien i den elektrostatiske frastødning, vil de komme så tæt på hinanden, at kernekræfterne tager over, og atomkernerne smelter sammen,« fortæller Søren Bang Korsholm.

(Læs mere om fusionsprocessen, og hvordan man udvinder støm fra den i den forklarende artikel: Sådan får vi strøm fra fusion)

Tæmmer 200 millioner grader med magneter Som andre fusionsmaskiner er ITERs reaktor formet som en såkaldt tokamak - en hul ring, som er omsluttet med magneter (se figuren til venstre). Reaktoren er ringformet, fordi plasmaet ikke må røre ved reaktorens sider. For sker det, vil det meget varme plasma lynhurtigt blive kølet ned, så det ikke længere er i plasma-stadiet. Ringformen betyder, at der ikke er nogen ender i reaktoren, som plasmaet kan ramme.

Men der er stadig siderne i reaktoren.

Så for at undgå at plasmaet rører siderne, er der monteret magneter på dem. Magneterne danner et magnetfelt rundt i tokamakkens sider, som holder plasmaet væk fra dem. Det kan lade sig gøre, fordi plasmaet er elektrisk ladet. Magneterne i tokamakken holder på den måde plasmaet på plads, svævende midt inde i reaktoren.

»Det er vigtigt at have styr på plasmaet i reaktoren. Hvis det rør væggene bliver det afkølet, så det bliver til gas. Så det er vigtigt at holde det inde i magnetfeltet,« siger Søren Bang Korsholm.

Lys fremtid for fusion

Han mener, at når ITER står færdig i 2018, vil forskerne med resultaterne derfra kunne tage det sidste skridt til at bygge egentlige fusions-kraftværker. Og det er godt nyt for fremtidens energiforsyning.

»Globalt har vi brug for fusionskraftværker. Vi forventer, at de kan bygges i 2040erne. Men om de skal bygges i Danmark, ved vi af gode grunde ikke noget om endnu. Det kommer alt sammen an på, hvordan vores energiforsyning er indrettet til den tid,« siger Søren Bang Korsholm.

Men bliver det i fremtiden besluttet, at Danmark skal bygge fusionskraftværker, vil 20 værker kunne levere landets samlede energiforbrug, hvis det til den tid er det samme som i dag.