Fusjon som kraftkilde – i vår levetid?

Fusjon som energikilde har vært en teknologisk dagdrøm i minst 50 år, og ser i følge dagens orakler ut til å ligge enda minst 50 år inn i fremtiden. Eller? Spennende ting skjer på fusjonsfronten!

Mer om det snart. Bli med på en liten tur først:

Solen - vår kjære fusjonsreaktor

Solen - vår kjære fusjonsreaktor

Hundre millioner kilometer borte foregår akkurat nå en voldsom reaksjon. Bittesmå partikler – protoner, kjernen i hydrogenatomet – smelter sammen og blir til det tyngre grunnstoffet helium. Hele 600 millioner tonn hydrogen brukes opp hvert eneste sekund, og i prosessen frigjøres 10000000000000 terrawatt med energi.

Heldigvis, ellers hadde ikke vi vært her i dag.

Stedet er sentrum av solen, og det som skjer kalles fusjon. Som små såpebobler blopper protoner sammen til en større klump, og for hver slik liten reaksjon får vi bittelitt energi. E = mc2 sa Einstein – energi er lik masse – og det er akkurat det som skjer her. En heliumkjerne veier litt mindre enn de protonene som ble brukt til å lage den.

Det store spørsmålet er om vi kan gjøre det samme på jorden på en kontrollert måte. Råvarene har vi i bøttevis, i form av deuterium (tungtvann…) fra havene og tritium som vi kan lage ganske lett og billig. Men får vi dem til å fusjonere?

Ja og nei… De første menneskeskapte fusjonsreaksjonen kom i 1952 da den første hydrogenbomben ble detonert. Dette er ingen praktisk kraftkilde, og kanskje heller ikke spesielt egnet til å gi tillit til fusjon som konsept. Heldigvis fantes det ideer for hvordan man kunne gjøre det mer kontrollert også. Problemet er at protoner, som like poler på to kjøleskapsmagneter, frastøter hverandre – veldig, veldig hardt. Med håndkraft klarer du å trykke de fleste vanlige magneter inntil hverandre. For å trykke sammen to protoner trengs hele det enorme trykket som finnes i midten av solen, og mye av den enorme temperaturen der inne attpå. Bruker vi deuterium og tritium i stedet for protoner blir det litt lettere, men fortsatt ikke på noen som helst måte enkelt.

De forsøkene som hittil har vært gjort har stort sett brukt digre smultringformede maskiner kalt TOKAMAKer. I midten av en slik svever partiklene som skal fusjonere i form av en gass, og blir varmet opp av en blanding av elektriske strømmer og mikrobølger. Samtidig holdes gassen borte fra veggene ved hjelp av sterke magnetfelt. Når gassen når noen hundre millioner grader begynner fusjonene å skje, og vi kan hente ut litt energi. Litt. Trekker vi fra energien som ble brukt til å drive maskinen så havner vi i negative tall… Vi har enn så lenge ikke klart å få en fusjonsreaktor til å gå i overskudd, grunnet en nesten endeløs rekke med små og store vanskeligheter. Blant annet er å holde gassen fanget med magnetfelt litt som å få en blyant til å balansere på spissen. Å gjøre TOKAMAKen større bøter litt på det, men da skapes i stedet veldig store mengder stråling man må beskytte mot mens maskinen er aktiv. Beskyttelse kan man bygge, men denne blir da radioaktiv over tid og går sakte i stykker slik at den må byttes ut hyppig. Og så videre…

I Syd-Frankrike prøver man i dag å endre på dette. ITER, den største TOKAMAKen som

ITER

ITER, gedigen fusjonsmaskin under bygging

noen gang er planlagt, er under bygging. Planen er at den skal produsere omtrent ti ganger så mye kraft som den bruker. Pluss minus litt. Ingen enorm gevinst, men likevel prinsipielt veldig viktig. Går den i energioverskudd baner dette vei for mulig fremtidig kraftindustri basert på fusjon, siden det er vist at det ihverfall prinsipielt er mulig. ITER skal etter planen stå ferdig i 2019, og må kjøres i ti år etter det før den når full effektivitet. Noen industri blir det neppe før i 2030-2040, utrulling på stor skala rundt 2050-2060. Under forutsetning av at ingenting uforutsett dukker opp…

Fusjon etter disse prinsippene er med andre ord, som før, minst 50 år unna. Dessverre.

MEN:

Fusjon tiltrekker nesten alt som kan krype og gå av kreative oppfinnere. Det har vært mange gode ideer, ca like mange skuffelser, og dessuten et stort antall crackpots innom festen. Bare google ‘cold fusion’ og se hva som kommer opp… Men i et sånt selskap burde da noen kunne snuble over noe lurt?

New Scientist ga forrige uke en oversikt over en rekke små, ganske hemmelighetsfulle firmaer som alle jobber med samme mål: å få til fusjonsreaksjoner i et mindre, lettere og billigere kraftverk. Hvordan? Flere teknologier er under utvikling, men en av hovedideene er å kombinere de varme gassene fra en TOKAMAK med moderne akseleratorer. Ta glovarme bunker av protoner – og skyt dem på hverandre så hardt du klarer. Og ikke er det bare tankespinn heller: Noen har laget prototyper, gjort eksperimenter og publisert lovende artikler, andre holder mer tett om status men har stor støtte fra folk som Microsoft-grunder Paul Allen. Mye av det ser overraskende modent og lovende ut.

For eksempel har et firma som heter Helion Energy, basert i Redmond i USA, bygget en liten og nett maskin som allerede får til gasstemperaturer på 25 millioner grader. Beregninger de også har frigitt viser at en prototype som er tre ganger større enn den de har i dag – og som vil være lett og rask å bygge – vil kunne både få til fusjon og gå i overskudd! (Referanse: Nuclear Fusion, vol 51, p053008) Planene for denne større maskinen er lagt, med støtte blant annet fra NASA, og prislappen er ca en tusendel av ITER-prosjektet…

Belønningen om noen klarer det er fantastisk. Ingrediensene til fusjon er lett tilgjengelig, og problemene med stråling er lette å overkomme siden det ikke produseres avfall som kan lekke ut i omgivelsene. (Du får radioaktive maskindeler, men de kan settes på et lager en stund og renner ikke ut i grunnvannet…) Du får ikke dannet bombemateriale slik tradisjonell kjernekraft sliter med, og det slippes ikke ut CO2. Og så videre. Og fordelene med små enheter er mange. De er både lettere å lage og utplassere (en TOKAMAK vil du neppe plassere i et fattig land på en stund), og ikke minst: de er lettere å utvikle. Det tar ti år bare å bygge ITER. En teknologi som går fra tegnebrett til prototype på 1-2 år vil utvikles 5-10 ganger raskere – minst.

Får vi fusjonskraftverk i vår levetid? Basert på TOKAMAKer gjør vi nok neppe det. Men på et annet, mer innovativt design, som for eksempel plasma-akseleratorer? Eller Z-pinch, inertial confinement eller en annen av de gode ideene der ute? Undertegnede er tekno-optimist, og heller mot å tro at ja, det er ikke umulig at vi får det.

Og den dagen skal jeg be om en omvisning på kraftverket. Noen som blir med?

About these ads

Om Bjørn H. Samset

Fysiker på sin hals. Studerer små partikler i atmosfæren, som forsker ved CICERO Senter for klimaforskning. Studerte før enda mindre partikler ved CERN i Sveits, da ansatt ved Fysisk Institutt på Universitetet i Oslo.
Dette innlegget ble publisert i fysikk og merket med , . Bokmerk permalenken.

3 svar til Fusjon som kraftkilde – i vår levetid?

  1. Tilbaketråkk: Kan verden bli som i Star Wars? | Kollokvium

  2. Tilbaketråkk: Kald fusjon – en av fysikkens zombier | Kollokvium

  3. Tilbaketråkk: Tre døde fysikere: Løsning | Kollokvium

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s