KTH bygger fusionsreaktor

I Alfvénlaboratoriet på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) byggs just nu en ny maskin som ska kunna hålla ett bränsle upphettat till 150 miljoner grader. Det är den temperatur som behövs för att slå ihop atomkärnor i den process som kallas fusion. Maskinen kallas Novatron 1, och den bygger på ett magnetfält med en särskild form som ska hålla bränslet instängt.

Projektet är ett samarbete med företagen Novatron Fusion Group och EIT Innoenergy och presenterades på en presskonferens den 6 december. Under de senaste åren har det dykt upp omkring ett dussin fusionsföretag globalt, som djärvt lovar att generera el med fusion mycket tidigare än de stora konventionella forskningsanläggningarna. Några av dessa företag är avknoppningar från nationella laboratorier. (Läs mer i Konsten att stoppa solen i en låda.)

Fusion innebär att slå ihop små atomkärnor till större på ett sätt som ger överskottsenergi. Det kan kontrasteras mot konventionell kärnkraft, där stora atomkärnor slås sönder till mindre. Processen i en fusionsreaktor påminner om den som driver solen. Energin ska sedan användas för att hetta upp vatten och driva turbiner, precis som i ett vanligt kärnkraftverk eller kolkraftverk. En fördel med fusion är att det bara blir små mängder radioaktivt avfall, och att avfallet inte behöver samma extremt långsiktiga slutförvaring som vanligt kärnavfall. Det är också omöjligt för en fusionsreaktor att få en härdsmälta. Bränslet är till stor del en form av väte som går att utvinna ur havsvatten.

För att kunna åstadkomma en kontrollerad och ihållande fusionsprocess behöver bränslet vara extremt hett. Vid sådana temperaturer separeras elektronerna från atomkärnorna och materialet bildar ett tillstånd som kallas plasma. Eftersom plasma är elektriskt laddat kan det hållas svävande med hjälp av ett magnetfält. Det heta bränslet får inte röra vid reaktorns väggar.

Fusionsforskningen har arbetat i decennier med att försöka åstadkomma detta, men ingen har ännu lyckats tända en fusionsprocess och hålla den igång på ett sätt som fungerar för att kunna generera el. Det brukar lite skämtsamt sägas att fusionskraft alltid ligger 30 år fram i tiden.

Novatron 1 byggs med förhoppningen att den ska lösa ett nyckelproblem för att hålla plasmat stabilt och inneslutet. I stället för att magnetfältet på konventionellt sätt formas som en badring – som till exempel i det stora europeiska fusionsprojektet Iter – ska det ha en form som är intryckt från sidorna. Formen gör att magnetfältet kan vara starkast längst ut, så att det föser plasmat in mot mitten.

– I stället för att försöka jobba mot fysiken måste vi låta fysiken arbeta för oss, säger Peter Roos, som är vd för företaget Novatron Fusion Group.

Bakom idén ligger ingenjören Jan Jäderberg. Han har inte arbetat med fusionsplasma, men han har länge arbetat med industriella processer som involverar plasma och att styra laddade partiklar med magnetfält. När han kom på sin idé för att stänga inne fusionsplasma började han kontakta fusionsforskare.

– Jag hängde mycket här på KTH för att ta reda på varför det kanske inte funkar, men ingen har hittat något fel. I USA träffade jag forskare som räknade på det och sade att min idé håller, säger Jan Jäderberg.

Detaljerna är fortfarande industrihemligheter, men kommer gradvis att delas med andra fusionsforskare genom vetenskapliga publikationer.

Den första testmaskinen, Novatron 1, ska visa att det verkligen går att hålla plasma instängt på det sätt som beräkningarna tyder på. Sedan är planen att en andra modell ska användas för att testa fusion. I det tredje steget är målet att hålla fusionsprocessen igång kontinuerligt. Först därefter är det dags att försöka konstruera ett riktigt kraftverk.

– Vi vill producera el för elnätet inom cirka ett decennium, säger Diego Pavia, vd för ETI Innoennergy.

Det är en mycket ambitiös tidsplan för fyra generationer av utveckling.

Kan de visa att konceptet fungerar återstår många praktiska problem att lösa. Det finns alltid ingenjörsutmaningar med till exempel att få vakuumsystem att fungera och med att hetta upp plasmat. Dessutom utgörs en del av fusionsbränslet av den radioaktiva väteisotopen tritium som är svår att producera och hantera. Den har kort halveringstid på drygt 12 år, och kan därmed inte lagras. Företag som vill handskas med radioaktiva ämnen måste också gå igenom en omfattande tillståndsprocess, så arbetet med det måste påbörjas genast.

Ett annat problem är att hantera den starka neutronstrålning som processerna ger upphov till, och som kan leda till att materialen i reaktorns väggar nöts ut med tiden. Forskarna och företagen kring Novatron hoppas kunna dra fördel av framsteg i materialutveckling som görs inom andra fusionsprojekt.