Upp till bevis för kärnfusion

Det doftar timjan. Inte så konstigt i Provence, men nog så överraskande på en plats där världens största forskningsreaktor för fusionskraft ska stå. För nu är det bestämt – den största satsningen på fusionskraft någonsin, Iter, kommer att byggas här i Cadarache, bland provensalska pinjeträd, sju mil norr om Marseille.

Att skörda energi genom att slå ihop lätta atomkärnor i en fusionsprocess är oerhört lockande: bränslet är nästintill outsinligt, processen ofarlig och restprodukterna relativt harmlösa. Allt detta i motsats till fissionen i vanliga kärnreaktorer, där energin kommer från sönderslagna atomer i en reaktion som kan löpa iväg utom kontroll och där livsfarligt avfall strålar i tusentals år.

Det är bara det att fusionen har gäckat forskarna i över 50 år. Redan den första sovjetiska vätebomben år 1952 visade att den fungerar, men att kontrollera förloppet har visat sig svårare än man först trodde. Ännu har ingen lyckats få ut mer energi ur maskinen än vad som stoppas in. Fusion är som att fånga solen i en ask. En mycket vacker idé. Det är bara det att vi inte har en aning hur asken ska se ut, enligt den numera avlidne franske fysikern och Nobelpristagaren Pierre-Gilles de Gennes.

Men detta är en överdrift – just hur asken ska se ut har man kommit överens om, åtminstone när det gäller nybygget i Cadarache. Där står redan fransmännens fusionsstolthet Tore Supra vid sidan av andra anläggningar, inte bara för atomenergi utan även för förnybara energikällor. När vi tar lunch på franskt vis i den stora matsalen för flera tusen anställda bökar vildsvinen helt oblygt strax utanför fönstren, och kultingarna viftar på sina tofsprydda svansar.

– De trivs bra i det flera hektar stora inhägnade området, och gott om lunchrester finns det här. Det berättar Annika Ekedahl, en av de tre svenska forskare som arbetar med fusionsforskning på Cadarache.

Fusionsforskare är ett tåligt släkte – ska man fortsätta med sin forskning gäller det att vara beredd att byta bostadsort. Redan för nio år sedan flyttade Annika Ekedahl, Lennart Svensson och Lars-Göran Eriksson till Provence från världens hittills största anläggning för fusion – Jet söder om Oxford. Alla tre jobbade där under 1990-talet tills Jet blev britternas eget ansvar från att ha varit ett gemensamt europeiskt projekt.

– De flesta som slutade sin anställning vid Jet fick byta bana, säger Lars-Göran Eriksson, många övergick till forskningsadministration inom Europeiska kommissionen.

Det var en segdragen politisk process om lokaliseringen av Iter, där Frankrike – uppbackat av EU, Ryssland, Indien och Kina – stod mot Japan stött av Sydkorea och USA, som tack för Japans stöd till Irakkriget sade vissa. Men nu är uppgörelsen klar: EU ska betala hälften av den totala kostnaden på 100 miljarder kronor, de andra sex parterna resten, och Frankrike skjuter till litet extra för att ha fått projektet på sin mark.

Den franska lyckan är dock inte odelad. Protester hörs från förespråkarna av förnybara energikällor som inte vill ha något som har med kärnkraft att göra, även om denna är annorlunda än den traditionella fissionen. Samtidigt är Frankrike världens kärnkraftstätaste land – tre fjärdedelar av elförsörjningen kommer från kärnkraftverk. Italien som har skrotat sina egna anläggningar, och även Tyskland, köper gärna extrael från grannen.

Kärnkraften har fått en annorlunda ställning nu när världen törstar efter energi, oljan är dyr, och kanske till och med tar slut, och vi helst vill undvika fossila bränslen. Till och med miljörörelsens guru James Lovelock tog nyligen kärnenergi till sitt hjärta. För hur ska vi annars rädda Gaia, hela jordens livgivande system, från en säker värmedöd, resonerar han.

Men kärnenergi är ändå inte populärt i folkopinionen, och det är ingen slump att fusionsprojektet Iter, som från början var en akronym för International Thermonuclear Experimental Reactor, nu för fram ordets andra betydelse – iter betyder nämligen vägen på latin.

Iter är bara ett första steg på vägen till att förverkliga drömmen om en oändlig energikälla. Man ska försöka visa att det går att få ut energi ur bränslet som kommer från havsvatten.

Det är vätets två tunga varianter – deuterium och tritium – som ska fås att smälta ihop på ett liknande sätt som sker inuti solen. Den enorma volymen vätgas i en fusionsreaktor måste hettas upp till 100 miljoner grader. Det görs bland annat med radiovågor, ungefär som i en mikrovågsugn, och genom att skjuta in snabba neutrala partiklar, vanligtvis deuterium.

Vid den höga temperaturen håller inte de enskilda atomerna ihop längre utan formar ett elektriskt laddat plasma, materiens fjärde tillstånd utöver fasta kroppar, vätskor och gas. Men medan solen hålls samman av sin egen gravitation, ska här magneter, hundra tusen gånger starkare än jordens magnetfält, hålla styr på plasmat och samtidigt skydda reaktorns väggar från att komma i kontakt med det heta molnet.

I fusionsreaktionen bildas den ofarliga gasen helium samt neutroner, elementära partiklar som bär bort största delen av överskottsenergin. Neutronerna saknar elektrisk laddning och kan därför korsa magnetfältet. De slår emot väggarna på reaktorn, där energin ska omvandlas till värme.

Principen är densamma som i alla reaktorer: energi värmer vatten som blir ånga som ger drivkraft åt turbiner som driver generatorer som producerar elektrisk ström.

Iters mål är att alstra åtminstone 500 megawatt under minst 400 sekunder. Det är långt över rekordet hittills.

– Jet har rekordet med 16 megawatt under en bråkdels sekund, berättar Annika Ekedahl, som hela förra året ledde en stor del av experimenten på franska Tore Supra.

Ändå – energiinsatserna var tusenfalt högre än utfallet. Jet är Storbritanniens allra största enskilda energislukare. Det behövs ett kraftigt elnät för att klara av den tillfälliga energiåtgång som ett experiment kräver.

Därför är det ingen slump att Iter hamnade här i Cadarache, där tillgången på energi är säkrad genom ett starkt elnät runt om. Samtidigt ska fusionsreaktorn förses med supraledande magnetspolar, och när de kommit igång är energiförlusten noll.

Så stora supraledande magneter finns inte än, och det är en av orsakerna till att bygget drar ut på tiden. Tidsplanen är redan uppgjord – senast år 2016 ska maskinen stå färdig. Därefter får den jobba i tjugo år och visa att det går att få ut energi ur det heta plasmat. Någon gång mot slutet av den perioden, runt år 2035, ska man börja bygga en prototypreaktor, Demo, som kontinuerligt ska kunna alstra flera gånger mer energi än Iter. Det är i den man tänker sig börja producera elström.

Först när tekniken har klarnat kommer lönsamheten och kommersialiseringen in. Är inte vägen dit väl lång?

– Det är egentligen en tuff tidsplan. Vi ska bygga något som ingen någonsin har gjort förut. Det är en enorm utmaning för ingenjörsvetenskapen. Och roligt att få vara med, säger Lennart Svensson.

Det finns ett fyrtiotal anläggningar i världen som laborerar med olika metoder att hålla det heta plasmat i schack och tända reaktionerna. Sverige har lång tradition av fusionsforskning, ända sedan Nobelpristagaren Hannes Alfvéns dagar. Kring 50 miljoner kronor årligen går till flera forskargrupper – i Stockholm, Göteborg och Uppsala. Nu kan de fokusera på Iter vid sidan om egna projekt.

– Ska man hålla sig vid forskningsfronten är det en stor fördel att arbeta i anslutning till en av de ledande maskinerna, för det är ofta där som saker och ting händer, säger Lars-Göran Eriksson. Dessutom är ett fusionsexperiment mycket komplext, och man får en mycket bättre uppfattning om betydelsen av olika experimentella resultat när man kan prata direkt med dem som är ansvariga för olika mätningar. Så även en teoretiker som jag har nytta av att se hur allting fungerar i praktiken.

Nyanställningarna vid Iter är i full gång. Flera hundra forskare ska finnas på plats i Cadarache, andra får pendla dit för kortare eller längre vistelser.

– En ny engelskspråkig internationell skola startade i år i Manosque, det närmaste samhället öster om Cadarache. När vi anlände för nio år sedan var det bara franska som gällde, och våra barn går i en fransk skola i Aix-en-Provence, berättar Annika Ekedahl och Lennart Svensson.

Ja, till och med treåringen har nyss börjat skolan. Efter två dagars invänjning sitter hon nu i skolbänken mellan klockan 8.30 och 16.30 med 28 andra treåringar och en fröken.

– Skolan är frivillig men gratis från tre år, så alla barn går där, berättar Annika Ekedahl.

Fast onsdagar är fortfarande lediga för franska barn, då rycker barnflickorna in, om man inte har tillgång till mor- och farföräldrar.

– Det var svårt att komma in i samhället här, få kontakt. Fransmännen umgås helst hemma med sin familj. Det var annorlunda i England, faktiskt, lättare att träffa folk, säger alla. Fast nu har det ordnat sig, man får kontakter med andra familjer genom barnen, till exempel.

Att kunna franska här är ett villkor – i början tog alla tre svenskarna privatlektioner i franska på fritiden. Kom ihåg att hoppa in i samtalet, avbryt mitt i meningarna, uppmanade läraren. Men hur lätt är det att ändra sig när man hemifrån har fått lära sig att vänta på sin tur.

Då har Susana Reyes med spanskt temperament från Madrid det betydligt lättare. Efter åtta år i San Francisco och jobbet med fusionsforskning på Livermore Laboratories känns franska södern nästan som hemma.

– Mamma blev glad, och jag trivs utmärkt i min internationella grupp med folk från Korea, Frankrike, Japan, England, Kina och så jag från Spanien.

Ändå läser Susana Reyes franska intensivt. Säkerhet är hennes arbetsfält, och det ingår i jobbet att genomföra de lagstadgade träffarna med befolkningen, besöka skolor och sprida information för att vinna lokal acceptans för projektet. För även om fusion anses betydligt säkrare än konventionell kärnkraft, så är en del av bränslet – tritium – ett radioaktivt material med 12,5 års halveringstid.

Tritium existerar inte i naturen, så man får tillverka det själv. Alternativet – att göra fusion med helium-3 – är också möjligt, men närmaste källan till det ämnet är månen, och det ter sig avlägset i dagsläget.

– Vi köper tritium från Kanada för våra experiment. Det behövdes en tiondels gram för Jetexperimentet. Men för Iter ska vi inlemma tritiumproduktionen i fusionsreaktorn. Då utgörs råvaran av litium, en relativt vanlig metall.

En annan radioaktiv skugga som faller över fusionen är att väggmaterialet i reaktorn aktiveras när det bestrålas med neutroner. Efter några år måste det bytas ut. Det tar uppemot hundra år innan radioaktiviteten avklingar. Men det är inte så farligt jämfört med tusentals år för kärnkraftsavfall, påpekar Susana Reyes.

– Vi ska hålla möten i alla de omkring tjugo samhällena här omkring och berätta om projektet. Förutom avfallet kan folk oroa sig för de omfattande transporterna under byggtiden. Men för det mesta är människorna här positiva, tycker Susana Reyes.

Regionen expanderar kraftigt. Lokaltidningen skriver om huspriserna som ligger på Parisnivå och om alla stadsjeepar som blockerar gatorna i de pittoreska byarna väster om Aix. Kontrasten är stor mot Marseille – ska man dit får man se till att låsa bildörren.

Fördelen med Marseilleområdet är hamnen, läget underlättar sjötransporterna. Iter ska sättas samman i Cadarache, men komponenterna kommer från olika håll i världen. En inköpsavdelning med säte i Barcelona sköter upphandlingarna och håller kontakt med de industriföretag som vill hålla sig i teknikens framkant.

– Ytterst få svenska företag har anmält intresse för att medverka, medan exempelvis 140 brittiska finns med. Det är trist, kommenterar Lennart Svensson.

– Det stämmer att svenskarna inte håller sig framme där, säger Jan Holmberg, som är ansvarig för industrikontakterna på Vetenskapsrådet. Kanske beror det på att svenska företag inte är vana att se kärnkraft som en framtidsbransch, kanske också på att konkurrensen är hård.

De inhemska franska företagen klagar på konkurrensen från utlandet, men den allvarligaste kritiken mot bygget kommer från olika håll i fysikernas egna led. Sebastien Balibar är professor vid det anrika universitetet ENS i Paris.

Enligt honom är Iter vanlig grundforskning, så de 100 miljarderna den kommer att kosta ska jämföras med andra forskningssatsningar.

– Jag tvivlar på att det är värt pengarna – Iter kommer inte att lösa världens energiproblem på länge än, om ens någonsin. Material för att klä väggarna inne i reaktorn finns inte, industriell tritiumproduktion har vi inte heller uppfunnit, och dessutom är det knepigt att få kontroll över plasmamolnet.

Bruno Coppi, fysikprofessor vid MIT i USA och fusionsforskningens nestor, har liknande invändningar. Enligt honom är Iter fel väg över huvud taget, snarare försitter man med Iter chansen att få kärnfusion som alternativ energikälla i framtiden. Att tro att man kan stoppa anden i flaskan, som Iter planerar för, är feltänkt, menar han.

– I stället för att lösa problemen allt eftersom, som man vanligen gör i forskningen, satsar man här på att göra försök i stor skala och riskerar att det blir en flopp, säger han. Plasmat beter sig annorlunda när volymen blir större. Det är ingen linjär process – det blir alldeles för instabilt – och vi kommer aldrig att få kontroll över det.

För att försöka lösa materialfrågan satsar man 10 miljarder kronor på att parallellt med Iter bygga en ny anläggning för materialforskning i Rokkasho på norra spetsen av Honshu, Japans huvudö. Olika mål ska bestrålas med en neutronkanon för att forskarna ska se hur och vilka material som tar skada. Även detta projekt debatteras – kommer neutronerna att motsvara dem som uppstår i fusionen?

– Att bygga Iter är ett politiskt beslut, säger Sebastien Balibar. Det är ett faraoniskt projekt, ett symboliskt monument i stil med den internationella rymdstationen: stort och dyrt men med klen vetenskaplig utdelning.

Mycket riktigt är Iter ett barn av perestrojkan. Det initierades 1985 av sovjetledaren Michail Gorbatjov, som föreslog USA:s president Ronald Reagan en gemensam satsning. Men olyckan i Tjernobyl, Rysslands ekonomiska kollaps på 1990-talet, priset på olja som länge var lågt och en rad andra överväganden gjorde det svårt för världens politiker att övertyga skattebetalarna om att satsa på fusion. Projektet blev därför fördröjt i nästan i två decennier.

Nu är vi ändå där. Vinsten ifall man lyckas är nästan för bra för att man ska våga tro på det – obegränsad tillgång till energi för all överskådlig framtid. Som att fånga en stjärna.