Fusjonskraft i forskernes søkelys

Vi snakker om kjernekraft, men ikke om kjernekraft slik vi kjenner den i dag. Dagens kjernekraftverk produserer energi gjennom fisjon. Det vil si at tunge atomkjerner spaltes til lettere kjerner ved hjelp av uran. I prosessen frigjøres energi som forsyner husholdninger og industri med elektrisk kraft verden over. Fisjonsprosessen gir ikke forurensende utslipp, og har lav ulykkesrisiko, men selv om risikoen for at noe kan gå galt er liten, kan ulykker få katastrofale følger, noe vi husker fra ulykkene i Tsjernobyl, Ukraina i 1986 og Fukushima, Japan i 2011. Deponering av avfall er også et problem med denne typen kjernekraft. 

60 år gammel drøm
I motsetning til fisjon skapes fusjonskraft gjennom en prosess der flere atomkjerner av hydrogen smelter sammen og danner tyngre atomkjerner gjennom ekstremt høyt trykk og temperatur. Fusjonen frigjør energi som kan omdannes til elektrisk kraft, akkurat som ved fisjon. Avfallet, som er helium og frie atomer, kan brukes som nytt drivstoff. Prosessen er den samme som skjer i Solas indre, og som gir oss varme og energi hvert sekund hele døgnet, og som har drivstoff nok i fire milliarder år. Men lar det seg gjøre å gjenskape denne prosessen i et kjernekraftverk her på Jorda? Hvis det er mulig, vil vi ha tilstrekkelig energi i tusenvis av år, og den er nesten risikofri, har ingen forurensende utslipp, og avfallet er radioaktivt i «bare» hundre år. Energi som skapes gjennom fusjon, har stått som en drøm for vitenskapen i mer enn 60 år. Men kan den bli virkelighet, og i tilfellet når? 

Ekstreme forsøk
Det kan bli virkelighet, mener forskerne, men det vil ta tid. Kanskje vi må vente i 60 år til, kanskje enda lenger. Men forskerne er i hvert fall i gang. I prøvereaktoren NIF (National Ignition Facility) i Livermore, California drives forsøk med å skape fusjonsenergi, men man er så vidt kommet ut av startgropen, selv om forskningen har pågått en del år. Forskerne i NIF disponerer verdens største og mest energikrevende laserutstyr for laboratorietesting av fusjonsprosesser. For å starte en fusjonsprosess er det nødvendig å skape ekstreme temperaturer og ekstremt høyt trykk, maken til forhold som vi finner i kjernen på stjerner og supernovaer. I forsøk som pågår i Livermore, aktiveres et sett med lasere som forsterkes gjennom en komplisert prosess, og som skaper et ekstremt trykk som er 100 milliarder ganger trykket i Jordas atmosfære og temperatur på mellom 50 og 100 millioner grader. Gjennom denne prosessen tar forskerne sikte på å få til en fusjonsprosess og derved produsere mer energi enn den som brukes i prosessen. 

Historisk øyeblikk
5. juli 2012, etter femten års forskning, ble det skrevet historie i testanlegget til NIF-reaktoren. 192 laserstråler ble synkronisert til å rette ufattelige mengder energi i et ekstremt kort øyeblikk (20 nanosekunder) mot et objekt (en hydrogentablett) på to millimeter i diameter. Resultatet var at det ble frigjort mer energi fra objektet som laserne var rettet mot enn den som ble satt inn. Med andre ord en fusjonsprosess, men riktignok i liten målestokk. Eksperimentet var likevel viktig, fordi det beviste at det er mulig å frigjøre energi gjennom en fusjonsprosess på en kunstig måte. 
   Men fremdeles er forskerne langt unna målet. Å skape litt energi i et forskningskammer er én ting, noe annet er å få til en vedvarende prosess som går av seg selv, slik det skjer i Solas indre. Altså at det skjer en antenning som starter hele prosessen, og som driver denne videre. Men håpet lever.

Ambisiøst program
I Cadarache i Sør-Frankrike bygges det nå et forskningsanlegg som inkluderer en fusjonsreaktor, som har fått betegnelsen ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). ITER blir sannsynligvis den meste avanserte og kompliserte maskinen som noen gang er blitt bygd, og prosjektet er et av verdens største og mest ambisiøse forskningsprosjekter. Det drives av et konsortium bestående av EU (EURATOM), Russland, Kina, USA, Japan, India og Sør-Korea. Prosjektet ble unnfanget allerede i 1985 under et toppmøte i Geneve mellom lederne i Storbritannia, Frankrike, USA og tidligere Sovjetunionen. Forskningen har en tidshorisont på 35 år, og de første forsøkene vil ikke komme før i 2028.

Teknologien
Reaktoren skal teste systemer og materialer for en kjernefysisk fusjon og ikke produsere energi i stor skala. Her vil man benytte en annen metode enn den i NIF. Teknologien går ut på at fusjonen skal skje inne i et vakuumkammer omgitt av et kraftig magnetfelt som holder det supervarme drivstoffet fanget. For at magnetene skal fungere optimalt, må de kjøles ned til 269 grader. Drivstoffet, som er hydrogenatomer, blir bombardert med radiobølger inne i reaktoren slik at temperaturen blir ekstrem høy – ca. 150 millioner grader. På den måten håper man å få atomene til å smelte sammen og frigjøre energi. Planen er å få fusjonsprosessen til å vedvare i noen minutter i første omgang, etter hvert mye lenger, slik at den frigjorte energien mangedobles.   

En uuttømmelig og ren energikilde
Klarer forskerne å utvikle fusjonsreaktorer, vil vi sannsynligvis ha løst energikrisen og sørget for at vi kan ha nok energi i tusenvis av år fremover. Et av drivstoffene i fusjonsreaktoren er tungt hydrogen, som finnes i sjøvann. Og sjøvann er det jo nok av. Den andre innsatsfaktoren er litium, et grunnstoff som det finnes en del av på kloden, blant annet i vulkanske bergarter. Sannsynligvis er litiumsforekomstene på Jorda store nok til at det kan produseres fusjonskraft i tusenvis av år. 
   En fusjonsreaksjon er omtrent fire millioner ganger mer energieffektiv en den kjemiske reaksjonen som skjer ved brenning av kull, olje og gass. Mens en kullkraftstasjon krever 2,7 millioner tonn kull pr. år, vil et fusjonskraftverk av tilsvarende størrelse bare kreve 250 kilo pr. år av deuterium og tritium (begge hydrogenisotoper).  
   Energiproduksjon gjennom fusjon gir ikke utslipp av giftige drivhusgasser. Hovedbiproduktet er helium, som er en giftfri gass. Det vil ikke bli problemer med at reaktoren løper løpsk. Produksjonen skjer i kontrollerte former, og plasmaen som oppstår inne i reaktoren, kan kjøles ned i løpet av sekunder, og reaksjonen stopper.

Av Per Nørgaard