Man har känt till fusionsreaktorn i över hundra år, men forskningen i fusionsreaktorer har inte fått mycket finansiering. Det är lättare att få snabbvinster genom att placera i gamla, bekanta energiformer, säger Tuomas Tala, ledande forskare vid VTT.
— Kriget i Ukraina kostar säkert lika mycket per dag som man satsat på fusionsforskning över huvud taget.
Under de senaste åren har det förändrats, tack vare klimat- och energikrisen. I Europa, Förenta staterna och Kina utvecklar man fusionsteknologi med fart.
— Även riskinvesterarna har kommit med under de allra senaste åren, säger Tala.
Det är bra. Tala tycker att fusionsenergi skulle vara den bästa lösningen för att ersätta fossila bränslen och fission som källan för grundläggande energi. Med grundläggande energi avses stadig elektricitetsproduktion som inte är beroende av t.ex. väderförhållanden.
Inga kärnolyckor, inget avfallsproblem
Kärnreaktorerna som idag används för energiproduktion baserar sig på fission, där man delar tunga grundämnen, som uran. Under processen uppstår kärnavfall som är dödligt radioaktivt i upp till 100 000 år. Om det sker en olycka i en reaktor kan följderna bli katastrofala.
Vid fusion, för sin del, förenar man grundämnen. Som bränsle i fusionskraftverk använder man två isotoper från väte, deuterium och tritium. Det första får man ur havsvatten. Det andra kan man möjligen tillverka ur litium som en biprodukt av fusionsreaktionen.
Då de olika isotoperna av väte stöts ihop, uppstår det helium. Eftersom massan för helium är mindre än två väte frigörs an stor mängd energi vid fusionen.
— Helium är också en ganska värdefull gas. Vi kan ta den till vara och sälja den, säger Tala.
Vid fusionsreaktionen uppstår det också radioaktivt avfall, men inte på långt när lika aktivt som fissionskraftverkens avfall. Aktiviteten sjunker också inom några årtionden.
Om det sker en olycka i fusionsreaktorn leder det inte till en kärnkatastrof. Reaktionen stannar helt enkelt av.
Forskarna skapar solar på jorden – och det är inte lätt
För att starta fusionsreaktionen måste grundämnena vara tillräckligt heta och tillräckligt nära varandra tillräckligt länge. Ju längre plasman hålls i ett kompakt paket, desto mera sannolikt är det att väteatomerna kolliderar med varandra och fusioneras till helium.
Det är en fusionsreaktion som får solen att gassa. Därför skapar fusionsforskarna små stjärnor i laboratorierna.
— I solen är det lätt att hålla ihop ämnena, eftersom den är så stor. I laboratorierna försöker vi göra samma sak inom några hundra kubik, säger Tala.
I fusionsreaktorer används de starkaste magneterna i världen för att hålla upp till 100 miljoner grader varm plasma i en klimp. I dagens reaktorer hålls plasman ihop omkring en sekund som bäst.
Hettan orsakar turbulens som gör det ännu svårare att uppehålla reaktionen.
— Då hettan stiger, ökar också turbulensen och sammanhållningen försvåras. Jag undersöker hur man kunde minska turbulensen, säger Tala.
Problem: det radioaktiva vätet fastnar i reaktorn
På campus Gumtäkt vid Helsingfors universitet undersöker man vilka material som tål de extrema förhållandena i fusionsreaktorn bäst. Vid tillfället är volfram det bästa alternativet. Det används bl.a. i ITER-reaktorerna som byggs i Frankrike.
— Men det betyder inte att volfram är det bästa alternativet. Det kan hända att vi hittar något bättre för nästa reaktor, säger universitetsforskare Kenichiro Mizohata från avdelningen för fysik.
Av de två bränslena för fusionsreaktorer är det ena, tritium, radioaktivt – inte lika mycket som uran, vilket används för fission, men lite ändå. Det orsakar problem för materialet. Magneter håller bränslet i en klimp, men väte som strålar ur plasman lagras i olika delar av reaktorn.
— Om reaktorn lagrar mycket tritium, blir den mycket radioaktiv. Aktiviteten avtar dock inom några tiotals år, förklarar Mizohata.
Som volfram, men bättre?
Problemet med volfram är att strålningen skadar dess atomstruktur. Då materialet är skadat lagras vätet allt lättare i det. Mizohatas forskningsgrupp studerar som bäst olika materialblandningar med hjälp av partikelacceleratorn. Blandningarna bör ha samma goda egenskaper som volfram utan att vara lika ömtåligt för skador av strålningen.
Alla material lagrar i vilket fall som helst en del väte. Därför studerar man också i acceleratorlaboratoriet hur man kunde avlägsna vätet ur materialen.
— En ny innovation är isotoputbyte. Vi kör in en icke-radioaktiv isotop av väte i materialet för att skuffa ut den radioaktiva isotopen.
Fusionselektricitet på 2030-talet
Fusionsreaktorer används inte ännu för energiproduktion eftersom det kräver mera energi att driva dagens reaktorer än de producerar. I december tillkännagav amerikanska forskare att de för första gången hade lyckats skapa en fusionsreaktion med laserstrålar där mera energi producerades än laserstrålarna förbrukade.
— Energiproduktionen bör vara omkring 30 gånger större än fusionsreaktorn förbrukar för att den skall vara ekonomiskt lönsam, säger Tuomas Tala.
Han tror att man i Förenta staterna får fusionselektricitet på prov ur elnätet på 2030-talet. Det kan ta längre att uppnå målet med 30 gånger större produktion.