Fysik

ITER utforskar framtiden för fusionskraft

Stina Ekengren

Utan de miljontals fusionsreaktioner som sker i solen varje sekund så skulle jorden bara vara en obebodd sten ute i rymden. I en fusionsreaktion trycks två atomer ihop tills de kommer då nära varandra att de slås samman och bildar ett nytt grundämne, vilket genererar extrema mängder energi. Genom fusionen kan exempelvis solen ge ifrån sig strålningsenergi som växter utnyttjar för att få energi. När vi nu går mot en allt mer energikrävande framtid har många pekat ut just fusionskraft som en möjlig energikälla som skulle kunna förse oss med energi som är grön, säker och effektiv. Arbetet mot förverkligandet av fusionskraften är i full gång, och kanske mest lovande fusionsreaktorn som ska utforska möjligheterna med fusionskraft är reaktorn ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), som ligger i södra Frankrike. Där samarbetar 35 olika nationer (bland annat Sverige) för att försöka lista ut hur man på bästa sätt kan ta drömmen om fusionskraft och göra den till verklighet.

BIld av Alexander Antropov från Pixabay

Fusionens utmaningar

ITERs mål är att utnyttja fusionsreaktioner där två atomer slås samman och bildar ett nytt grundämne för att generera stora mängder energi. För att fusion ska kunna ske behöver reaktanterna utsättas för ett så högt tryck och temperatur att elektroner och atomkärna separeras och bildar ett plasma, vilket är som ett laddat materietillstånd av joner och elektroner. Atomer kan då komma mycket närmare varandra, och när de är tillräckligt täta så slås de ihop till en ny atom. I processen förlorar atomerna en del av sin massa, vilket omvandlas till energi.

Den stora utmaningen med att lyckas utföra fusion på jorden är att kunna hetta upp materian så att det bildas ett plasma med så hög temperatur att fusionsreaktionerna kan börja ske, och även att hålla plasmat stabilt. ITER hoppas på att kunna uppnå ett plasma av väteisotoperna deuterium och tritium som inte bara är stabilt, utan också kan bibehålla sin höga temperatur på 150 miljoner grader Celsius när det väl har hettats upp. För att lyckas med en vetenskaplig prövning av sådan magnitud håller den största fusionsreaktorn någonsin på att byggas på ITER-anläggningen. Hjärtat av anläggningen är den experimentella tokamaken, där själva fusionen kommer att äga rum.

Bild av Gergő från Pexels

Tokamaken

ITER-tokamakens huvuduppgifter är att kunna hålla ett stabilt plasma som fusionsreaktioner kan äga rum i, och även att utvinna energin från reaktionerna. Själva plasmat kommer att hållas instängt i en torus-formad vakuumkammare.

Ett plasma innehåller laddade partiklar, alltså joner och elektroner, vilket gör det lätt att styra med hjälp av magnetiska fält. Detta är just vad magnetsystemen på ITER kommer att göra. Genom att manipulera och stabilisera plasmat så ser magnetsystemet till att plasmat beter sig på ett önskvärt sätt och till exempel inte kommer i kontakt med väggarna på insidan av vakuumkammaren.

Det som finns på insidan av dessa väggar är en slags heltäckande sköld som har några olika funktioner i tokamaken. Framförallt fungerar skölden som ett nedkylningssystem, men den används även för att utvinna energi ur reaktionerna. När en fusion sker frigörs neutroner med hög hastighet. Då dessa är oladdade påverkas de inte av magnetfälten, utan kommer istället träffa skölden i ITER-tokamaken. Här omvandlas rörelseenergin till värmeenergi. Om ITER vore ett fungerande kraftverk så är det den värmeenergin som skulle omvandlas till bruklig elektrisk energi.

“Skölden” kan även ha andra potentiella användningsområden som ännu inte testats. Under senare faser av testning på ITER kommer man bland annat att undersöka möjligheterna med att bilda tritium via neutronernas kollisioner med skölden. Att ha en stabil källa av tritium är ett kritiskt moment som framtida fusionskraftverk kommer att behöva, eftersom tillgången till tritium idag är begränsad.

Möjligheterna med ITER

ITER har stora möjligheter att göra jordens befolkning redo inför framtiden genom att ge oss viktiga kunskaper inom ett område som har möjlighet att förse oss med en alldeles ny typ av energi, men det är inte det enda som gör projektet utomordentligt viktigt. Att så många länder kan arbeta tillsammans för att göra stora framsteg inom vetenskapen är beundransvärt och viktigt för att vi ska kunna nå en framtid där människor från världens alla hörn också kan ta del av vetenskapens framgångar. Fusion förenar världen, och atomer.

Källor som användes i den här artikeln

ITER; The ITER Tokamak; ITER ; https://www.iter.org/mach, 2023-09-17.

ITER; FUSION; ITER ; https://www.iter.org/sci/whatisfusion, 2023-09-17.

Fusion power; Wikipedia ; https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power, 2023-09-18.

ITER; Wikipedia ; https://en.wikipedia.org/wiki/ITER, 2023-09-27.