Et lite skritt for fusjonskraft

Men mange, lange skritt gjenstår før fusjonskraft får kommersielt potensial, forklarer professor Dieter Röhrich.

Energy Fusion Milestone Experiment
USAs energiminister Jennifer Granholm kunngjorde tirsdag 13. desember at forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory i California hadde klart å få mer energi ut av en fusjonsreaksjon enn de hadde tilført den. Et gjennombrudd i fusjonsteknologien, men fortsatt er det lang vei å gå før vi kan få strøm i veggkontakten fra fusjon, sier UiB-professor Dieter Röhrich. Foto: J. Scott Applewhite/AP Photo/NTB

Tirsdag kom meldingen om et gjennombrudd i forskningen på fusjonsenergi: USAs energiminister Jennifer Granholm fortalte på en presskonferanse om hvordan forskere ved Livermore-laboratoriet i USA hadde klart å få mer energi ut av en fusjonsreaksjon enn de har puttet inn i den. En milepæl for klimaet og ren energi, ifølge nyhetsbyrået AP. Og president Joe Biden har satt som mål at USA skal klare å produsere en fusjonsreaktor om 10 år, melder Bloomberg.

Er det realistisk? Eller bør vi helle litt kaldt (tungt-)vann i blodet? Vi spør professor Dieter Röhrich ved Universitetet i Bergen. Han har 40 års erfaring med forskning på kjernefysikk. Og er litt skeptisk.

Vi snakker med:

Foto: Bjørn Erik Larsen/UiB

Dieter Röhrich er professor i kjernefysikk, Institutt for fysikk og teknologi, Universitetet i Bergen

<2°C: – Aller først: Hva er egentlig fusjonskraft?

Dieter Röhrich: – Det er kjernekraft, som fisjonskraft, men litt annerledes: Med fisjonskraft spalter vi en atomkjerne. Med fusjonskraft slår vi sammen to kjerner. I praksis hydrogenkjerner. Som sammen danner en heliumkjerne.

– Og det er jo det samme som skjer på solen, ikke sant?

– Jo, men ikke helt det samme. Atomkjerner består av protoner og nøytroner, men hydrogen, som er det minste grunnstoffet som finnes, har normalt bare ett proton og ikke noe nøytron i kjernen. Men det får vi ikke til å fusjonere på jorden – det blir for komplisert. I stedet bruker vi deuterium og tritium, som har henholdsvis ett og to nøytroner i kjernen i tillegg til det ene protonet.

– Deuterium – det er det man får fra tungtvann, ikke sant? Der hydrogenatomene har ett nøytron, og derfor blir det bittelitt tyngre?

– Nettopp. Og tritium har to nøytroner, og er radioaktivt, og har en halveringstid på 12 år.

– Hva innebærer det i praksis?

– At vi må produsere det for at vi skal kunne bruke det som brensel. For eksempel i en fisjonsreaktor, altså det vi finner i et vanlig kjernekraftverk. Deuterium og tritium er begge nødvendige som brensel i en fusjonsreaktor.

Hvordan tvinge to atomkjerner sammen

– OK. Så skal vi smelte dem sammen. Hvorfor er det så vanskelig?

– Det er litt som når du prøver å presse to like magnetpoler mot hverandre: Da kjenner du at de presser mot. Protonene er positivt ladet, og vil ikke gå sammen, litt på samme måten. Men du kan tvinge dem sammen, og da fusjonerer de og frigjør energi. Det er den energien du er ute etter hvis du skal produsere elektrisk kraft i en fusjonsreaktor.

– Hvordan kan vi tvinge dem sammen?

– Du har to muligheter til det. Enten kan du komprimere dem – presse dem sammen i en slags pellets, og tvinge dem sammen på den måten. Eller du kan varme dem opp, til en plasma, som holder et par millioner grader. Da får kjernene så høy hastighet at de kolliderer, og så får du fusjon.

– Og fusjon er altså ekstra gildt, sammenliknet med fisjon, hvorfor det? Får vi kjernekraft uten alle problemene?

– Vel. Begge produserer radioaktivitet. Men halveringstiden for produktene vi får fra fusjonskraften, er på «bare» omtrent 500 år, mens det vi lager i fisjonskraften, har halveringstider på millioner av år. I tillegg kan vi ikke produsere våpen av fusjonsproduktene, mens en fisjonsreaktor kan produsere våpenmateriale.

Og kanskje viktigst: Deuterium har vi nok av, og tritium kan vi produsere. Uran, som brukes i dagens fusjonsreaktorer, er det relativt lite av på jorden.

– Så vi får radioaktivt avfall av fusjonskraft også? Og stråling?

– Åja, hele reaktoren er radioaktiv når den har vært kjørt i noen år. Vi må passe på den også. Men det vil være lettere å håndtere avfallet enn det vi får fra dagens fisjonsreaktorer.

Har krevd mer energi enn det gir til nå

– Men hvorfor er det så vanskelig å få til?

– Det største problemet er ikke egentlig å smelte kjernene sammen, men å få mer energi ut av prosessen enn du putter inn. Jeg kan bygge en akselerator som slynger kjerner mot hverandre og få dem til å fusjonere. Men alt koster mye mer energi enn det jeg får ut av fusjonsreaksjonen.

Dette er et problem med begge metodene jeg beskrev tidligere. I en plasmareaktor er hovedproblemet at plasma er vanskelig å håndtere. Du kan ikke ha det på en flaske, liksom, det holder jo flere millioner grader. Alt rundt vil fordampe. Eneste måten å holde plasma i sjakk på er i et magnetfelt. Det er dette som gjøres på ITER-prosjektet i Frankrike, der håper vi å klare å holde plasmaen sammen i noen sekunder av gangen, så at vi kan få til en reaksjon. Men det holder ikke å bare holde plasmaen i noen sekunder hvis du skulle fått til en vedvarende reaksjon, som er det du ville trenge i et kraftverk. Og det er foreløpig for komplisert. Plasma er vanskelig å håndtere. Den har en egen dynamikk, den lever, om du vil.

Gjennombruddet

– Så hva er det de har fått til i USA som det er så mye rabalder om?

– De prøver å gjøre dette på en annen måte – ved å komprimere til pellets. Dette har altså skjedd ved Livermore-laboratoriet, som har vært et viktig testlaboratorium for kjernefysiske våpen. Der har de laget en slags bitteliten atombombe – en pellet av deuterium og tritium – som de beskyter med laserstråler fra alle sider. Det må skje samtidig, helt symmetrisk fra alle sider samtidig, for at de skal få til reaksjonen. Men da får de utsiden av pelleten til å eksplodere, og samtidig innsiden til å komprimeres kraftig.

Dette klarte de for første gang for omtrent ti  år siden, igjen for ett år siden, og denne gangen er nyheten at de har fått mer energi ut av det enn inn.

– Det er vel ganske fantastisk? Har vi funnet «Energiproduksjonens hellige gral»?

– Det er et viktig skritt, men ikke overraskende. Og så må vi ikke glemme at de bruker to-tre hundre ganger mer energi på å lage laserstrålen enn det de får ut av reaksjonen. Så dette er mer et bevis på at prinsippet kan fungere, det er ikke noe som er brukbart i en kommersiell reaktor.

– Dette løser ikke energiproblemet

– Hva er det som gjenstår før vi får noe som er brukbart til det, da?

– Du må ha en kontinuerlig produksjon av energi. Jeg tror for det første det er større sjanse for at de kommer helt i mål i Frankrike, på ITER-prosjektet. Vi vil ikke vite før om mange år om det vil fungere kommersielt, men det er en viss sjanse for det. Å bruke lasere til å komprimere, det har jeg ikke like stor tro på. Det er et mye lengre lerret å bleke. Du må få til kompresjonen på en mer effektiv måte.

Og generelt er det mange problemer som gjenstår også. Du må produsere tritium, som i dag produseres i fisjonsreaktorer. Du må løse problemet med det vi kaller nøytronfluksen – nøytroner frigjøres i reaksjonen, og de ødelegger alt rundt seg. Det er derfor kjernekraftverk har begrenset levetid, etter noen år blir betongen og stålet bare mer og mer porøst, fordi de bombarderes av disse nøytronene. Det vil skje i enda større grad i fusjonsreaktorer. Å finne materialer som kan holde på nøytronene, er utfordrende. Det er masse problemer igjen å løse, før vi kan bruke fusjon som energikilde.

– Så når vi hører at «nå er fusjonskraft bare ett tiår unna», da bør vi kanskje ikke tro helt på det?

– For all del, vi vet at fusjon fungerer, og det er et viktig skritt at de har fått mer energi ut som lys enn det som er absorbert av pellet før kjernene fusjonerer. Men det er mange, mange skritt som gjenstår også.

La det være helt klart: Det skjer neppe i min levetid, og dette løser ikke energiproblemet på mange tiår ennå, om noen gang. Men vi må selvsagt fortsette med forskningen.