Engelskt experiment ger hopp, men lång väg kvar till fusionskraft

av Jouko Vähä-Koskela Forum 1991-16, sida 16-17, 12.12.1991

Taggar: Teman: fusionskraft

Turbine and

Generator Steam

Boiler

Reactor Vacuum Exchanger Core Vessel

Power

Superconducting Coils

Blanket

Engelskt experiment ger hopp, men

LÅNG VÄG KVAR TILL FUSIONSKRAFT

Text: Jouko Vähä-Koskela

Forskarna hurrade, då JET-provreaktorn i november producerade fusionsenergi i två sekunder. Det innebar att man lyckats kontrollera ”vätebombsenergin”. Men en kommersialisering av fusionsenergin får vi vänta på i årtionden.

et är docent Göran Schultz vi Åbo universitets rymdforsk ningslaboratorium som manar till dämpade jubelrop. Han vet osedvanligt väl vad han talar om: han har varit med och planerat NET-fusionsprovreaktorn (Next European Torus) I Schweiz. Och han tror inte på något snabbt dramatiskt genombrott för den miljövänliga oproblematiska fusionsenergin — ännu.

Men faktum kvarstår: i början av november lyckades man i England vid ett experiment med JET-reaktorn (Joint European Torus) få ut 1.5 megawatt i hela två sekunder. med starkt negativ verkningsgrad. För fusionen av väteisotoperna deuterium och tritium krävdes en temperatur på över 220 miljoner ”C, och för att åstadkomma denna värme måste reaktorn matas med 26 megawatt energi. Det betyder att den erforderliga starttemperature 1 krävde 14 gånger mer energi än fusionen gav.

Det återstår ännu många problem att lösa förrän man har en energiproducerande reaktor att ta i bruk.

Premiär för deuterium + tritium

Att det brittiska experimentet lyckades ser Schultz inte som speciellt förvånande. Fusionsteorin är känd, och vid flera provreaktorer har man redan lyckats få till stånd kärnfusionsliknande tillstånd enbart med användande av deuterium. Vid JET-reaktorn användes för första gången både deuterium och tritium. varvid man åstadkom en ”riktig” fusionsreaktion med 10 procent tritium.

— Det mest förvånande var tidpunkten för experimentet, konstaterar Schultz. — Man har tänkt sig att

Schematisk bild av en fusionsreaktors toroid avskuren på mitten. Innerst en vakuumkammare som kyls av ett litiwnhölje. Det tritiam litiumkylprocessen genererar tillvaratas och utnvitjas som bränsle, likaså avlägsnas det helium som uppstår i fusionen. Plasmastrålen i vakuumkammaren styrs fritt från innerväggarna med högeffektiva magnetfält. En värmeväxlare och förångare omvandlar energin till elektricitet. nn JET-reaktorn skulle vara I bruk fram till år 1996, varför åtminstone jag blev överraskad då man valde att redan i år kontaminera reaktorn med radioaktivt tritium.

Den obetydliga radioaktivitet experimentet förorsakade försvårar i sig inte användningen av reaktorn, men ökar den ekonomiska risken: om reaktorn nu kräver en större reparation eller genomgång, är detta p 2 a strålningen betydligt dyrare och mer komplicerat än före experimentet.

Jättereaktor nästa?

Schultz bedömer timingen av experimentet i november som ”politisk”. men bestrider inte dess betydelse som vetenskaplig milstolpe. Då fusionsenergi nu producerats, är steget till en reaktor som har mera energioutput än input kort, i teorin åtminstone.

Fusionsreaktorns hjärta är en toroid, en vakuumkammare som närmast ser ut som en munkring. I denna kammare bildar deuterium- och tritiumatomer en jonplasmastråle tiotals gånger hetare än Solens temperatur. Denna plasmastråle dirigeras med starka magnetfält så att den inte vidrör kammarens väggar. Plasmastrålen möjliggör atomernas sammansmältning eller kärnfusionen.

I en senare kommersiell! tillämpning tillvaratas värmet i en värmeväxlare och transformeras till elektricitet med hjälp av en förångare och en generator.

För att åstadkomma större effekt och verkningsgrad än vid det aktuella experimentet måste toroiden förstoras och andelen tritium i plasmaprocessen utökas. Då JET-reaktorns toroid har en yttre diameter på 8,5 m och är nära 4 m hög, kommer ITER-provreaktorns motsvarande mått att vara 18 och 12 m. ITER-projektet (International Thermonuclear Experimental Reactor) är en amerikansk-europeiskjapansk-sovjetisk satsning som tar sikte på att bygga den första fusionsprovreaktorn med ett nettoöverskott av energi — den skall producera 20 gånger mer energi än fissionskraftverken i Lovisa.

Den planerade uppgraderingen i di 16/1991 FRUN mensioner har en dramatisk kalkylativ effekt. [TER-reaktorns energiproduktion skall gå på [—10 gigawatt (1—10 miljarder Weller 1 000—10 000 MW). Väl startad väntas denna reaktor hålla plasmapulsen brinnande utan tilläggsenergi och kan alltså betraktas som den första kraftproducerande fusionsreaktorn, trots att dess energi inte planeras att exploateras.

Livscykeln ett frågetecken

Steget från JET-experimentet = till ITER-reaktorn och vidare till kommersiella reaktorer är dock längt. tekniskt sett. Magnetfälten i reaktorer av denna dimension kommer att åstadkommas med supraledande magnetspolar. och tills vidare har ingen tillverkare varit villig att ge anbud på tillverkningen av så gigantiska magnetspolar av det material processen kräver.

Det litium som används att kyla ner reaktorn omvandlas delvis genom fusionsneutronerna till radioaktivt tritium. På det sättet får man nytt bränsle för reaktorn.

Fusionen i sig genererar inga svårhanterliga radioaktiva slaggämnen. Huvudavfallet är helium, en ädelgas som exempelvis kan användas i ballonger… Den neutronstrålning som frigörs i processen försvagar emellertid vakuumkammarens innerväggar. och = alfastrålningen åstadkommer sprickbildning i dess yta.

— Man kan endast uppskatta strålÅman — Fusionsenergin är inte ett ekonomiskt alternativ på flera årtionden ännu, varnar Göran Schultz fusionsoptimister. Han är docent i teoretisk plasmafvysik vid Åbo universitet, och har varit engagerad i NET-reaktorprojektet i Schweiz.

ningens längvariga inverkan på material och konstruktioner. Enda sättet att få fram reaktorernas faktiska livscykel är att bygga reaktorer, säger Schultz.

ITER-reaktorn. som kommer att kosta mellan 3 och 10 miljarder USD. är till dimensionen ytterst lämplig för produktion av fusionsenergi, men kommersiellt är ett så stort kraftverk svårt att exploatera effektivt. Kraftbolagen har en tendens att sky mycket stora enheter. Att göra reaktorn mindre skulle å sin sida försämra verkningsgraden.

Ingen brist på bränsle Tillgången på bränsle är inget problem då det gäller fusionsenergi. Första generationen kommersiella fusionsreaktorer väntas gå på deuterium och tritium som experimentreaktorerna. För tritiumproduktionen räcker det litium som finns i naturen för ”bara” 1000 år med en energiförbrukning på dagens nivå, men deuteriumförekomsten i fria vattenreserver räcker för miljoner år med motsvarande förbrukningstakt.

— Framdeles kommer man att kunna starta fusionsprocesser enbart med användande av deuterium, säger Göran Schultz.

Fusion är klart mera lovande och ekonomisk än klyvningen av atomkärnor eller fission. Med fusion får man per atomenhet ut fem gånger mer energi av materialet än med fission och uran 235. Av det uran som förekommer fritt i naturen utgör den för fission lämpliga isotopen dessutom en relativt liten andel.

En fördel med fusionsenergi är också att processen är ofarlig vid en olycka. Ovasett vad som går snett i ett fusionskraftverk är den primära konsekvensen att reaktorn helt enkelt — slocknar. LJ

TIG-star fortsättning från sid 1 metall- och elektronikbranschen.

Peussa berättar att TTG-arbetet, som leds av Gröhn, tar sikte på att koordinera och praktiskt stöda teknologiöverföring både från och till Finland. I initialskedet handlar det bl a om att kartlägga vilket kunnande och vilka produkter de finska intresserade företagen har att erbjuda, och å andra sidan vilka kunskapsområden inom finsk industri som skulle dra särskild nytta av att få tillgång till nya innovationer. Det handlar inte endast om materiella helheter — spektret kan omfatta tex anläggningar, licen tigheter, gemensamma utvecklingsprojekt, utbildning, utvecklings- och Joint venture-företag etc.

— TTG har i motsats till offsetkommittén FINDOC vid Finlands Utrikeshandelsförbund ingen ”inträdesavgift”. vi ser arbetet som en naturlig del av de tjänster våra medlemsföretag har rätt att vänta av oss, understryker Peussa. — Utgångsläget för att verkligen få till stånd resultat är fint: MET:s medlemsföretag representerar grovt räknat 60 procent av landets totala privata satsningar på forskning och utveckling. TEKES är också engagerat i TTG-arbetet, och industrisekreterarna världen runt kommer att utgöra en viktig kontaktyta i sökarbetet.

Fältundersökning

MET:s representanter har med sikte på teknologiöverföringsprojekt i november besökt Frankrike för att få en uppfattning om intresse och potential. och USA står på programmet i januari. Generellt säger Peussa att intresset för USA-kontakter är störst hos större finska företag, men konstaterar att det också finns många företag som under åren byggt upp nära kontakter till Frankrike. Sverige — för att runda av med alla tre jaktplansländerna — är redan hemmamarknad för större företag, medan SMI-företag på tröskeln till exportansträngningar gärna börjar där.

— En svårighet i dethär arbetet är en viss tveksamhet på alla håll att skrida från plan till handling förrän jaktplansordern är placerad, säger Jouko Peussa. — Man vill gärna börja i ”mindre format” och ha beredskap att sedan — då man vet vem Icverantören är — bredda aktiviteten.

TTG som koordinationsorgan är det första i sitt slag i Finland, och har en diger uppgift framför sig. RA 17