Det ville STAR-medlemmen Pablo Vallejos (tillika doktorand på KTH, Fusionsplasmafysik) få oss att fundera på med sitt föredrag på måndagskvällen. Merparten av den energi som är tillgänglig här på Jorden härrör från Solen, men många av de sätt vi försöker utnyttja den på, som i vind- och vågkraftverk, är relativt ineffektiva och kostsamma samt behäftade med dåliga lagringsmöjligheter. Förbränning av fossila bränslen ger utsläpp som i längden skadar klimatet irreversibelt och fission – d.v.s. sönderdelning – av radioaktiva ämnen som Uran i dagens kärnkraftverk är förenad med stora risker i drift samt vid hantering och förvaring av restprodukterna.
Den energi som upprätthåller temperatur och reaktivitet i Solen skapas i stjärnans inre, vid c:a 15 miljoner grader, framför allt genom fusion (sammanslagning) av vätekärnor (protoner, 1H) till heliumkärnor (4He) i ett s.k. plasma. Denna proton-proton-process, som förmodas ske i några steg, innebär totalt också en förlust av massa (m). Mycket av överskottsenergin som motsvarar massförlusten enligt sambandet
E = m.c2 (c = ljushastigheten) transporteras via energirika partiklar, som reagerar på vägen, till solytan (fotosfären, knappt 6000 grader) varifrån de ljusets fotoner skickas ut som slutligen når Jorden och värmer oss.
Det vore ju mumma om vi här på Jorden i mindre skala kunde härma Solen och frigöra energi med en kontrollerad fusionsprocess som använder relativt billigt bränsle och som inte lämnar farliga restprodukter. Pablo nämnde några pågående och planerade testprojekt världen runt, som JET i England, ITER i Frankrike, ASDEX i Tyskland och NSTX i USA. Det går förstås inte att enkelt reproducera betingelserna i Solens centrum, där den enorma gravitationen håller alla partiklar på plats och tillgängliga för fusion i flera miljarder år framöver. Till detta ändamål utnyttjas i de ovannämnda anläggningarna en s.k. tokamak, d.v.s. en ringformad spole runt vilken elektrisk ström matas och inducerar ett magnetfält som förmår hålla bränslet på plats tillräckligt länge för effektiv fusion i plasmat. För att få tillräcklig verkningsgrad tror man att temperaturen i sådana artificiella ministjärnor måste trissas upp över 100 miljoner grader, åtminstone temporärt. Det innebär förstås en väldig teknisk utmaning, och för att målet skall nås måste de senaste erfarenheterna på områdena material-, vakuum- och supraledarteknologi utnyttjas – och troligen flera ännu inte gjorda innovationer. Optimister bland de ledande fusionsenergiförespråkarna tror ändå att en pilotanläggning av typen ITER skulle kunna vara operativ år 2030 och leverera ett energiöverskott. Som bränsle tänker man sig använda en blandning av väteisotoperna deuterium (2H) och tritium (3H), som sprutas in i tokamaken för att fusioneras till 4He och neutroner. Överskottsvärmet absorberas av ett lämpligt medium – kanske en metallsmälta – och transformeras därifrån till andra energiformer. Deuterium förekommer i låg halt i vanligt havsvatten, ur vilket det kan utvinnas. Tritium däremot måste framställas separat, t.ex. genom neutronbombardemang av litium enligt:
6Li + n → 4He + 3H.
För en närmare förklaring av atomsymboler och beteckningar som ovanstående, se t.ex. STELLA, nr. 3 – 2018 sid. 12 – 14.
Text: Bertil Forslund
Foto: Gunnar Lövsund