Efter tjugo års forskning och förberedelser, har en europeisk storsatsning på fusionsenergi burit bästa tänkbara frukt. Vid en temperatur på över 100 miljoner grader, krossade forskarna vid fusionsanläggningen JET rekordet för skapandet av fusionsenergi – och tog därmed ett stort steg på vägen mot fusion som en ren och utsläppsfri energikälla för framtiden.
– Det är väldigt viktiga resultat som visar att vi har en solid grund att bygga vidare på. Rekordet bekräftar det som vi har förutspått i våra modeller, samtidigt som det gett oss ny kunskap som vi kan ha nytta av framöver, säger Pär Strand, biträdande professor på Chalmers, med lång erfarenhet av fusionsforskning.
Modellen för fusionsenergi är solen, där stora mängder energi frigörs när lätta atomer förenas och bildar en ny atom genom fusion. Men för att åstadkomma fusion på jorden behöver atomerna hettas upp till temperaturer på över 100 miljoner grader och kontrolleras under tillräckligt lång tid. Inget material tål sådana temperaturer utan anläggningar som JET, strax utanför Oxford i England, använder i stället magnetfält för att hålla den upphettade gasen – plasmat – på plats i reaktorn. Tekniken har utvecklats under lång tid och följer nu en tydligt utstakad väg för att skapa ren energi i stor skala.
Rekordresultatet presenterades på en internationell presskonferens den 9 februari 2022.
Vid det aktuella experimentet användes 0,17 milligram bränsle för att skapa 59 megajoule energi. Som jämförelse skulle det krävas 10 miljoner gånger mer fossila bränslen för att generera samma mängd energi (1,06 kg naturgas eller 3,9 kg brunkol). Jämförelsen visar vilken kraft det finns att hämta i fusionsreaktionen.
Europeiskt forskningsnätverk bakom rekordet
Forskarna inom plasmafysik på Chalmers är en del av ett nätverk med 4 800 personer på 150 lärosäten och företag som arbetar med fusion. På Chalmers fokuserar man på den teoretiska delen av forskningen, och är ledande inom modellering och simulering av fusionsplasmor. Rekordexperimentet var resultatet av en lång satsning där forskarna har byggt om JET-reaktorn för att kunna hantera plasmaformen av bränslet. Bränslet kallas DT efter väteisotoperna deuterium och tritium, och det är samma bränsle som ska användas även i nästa generationer av reaktorer, härnäst reaktorn ITER, som just nu byggs i Frankrike som med sina supraledande magnetsystem inte har samma begränsningar som JET.
– Vi har kunnat lära oss mycket om hur DT-plasmor fungerar och hur förhållandena i reaktorn kommer att se ut medan fusionen pågår. Det kan vi dra nytta av för framtida experiment på ITER, säger Pär Strand.
Rekordresultatet är den tydligaste demonstrationen på mer än ett kvarts sekel av potentialen för fusionsenergin som en säker och hållbar energikälla med låga koldioxidutsläpp.
– För svensk fusionsforskning är detta viktigt, inte bara för de forskare som varit direkt inblandade i experimenten. Tillgången till unika nya resultat gör att vi kan testa och validera modeller och verktyg i nya parameterområden, som är väldigt relevanta för forskningen och utvecklingen vi gör i samarbete med organisationen runt ITER.
Tekniken redo för att skalas upp
Mängden värmeenergi som producerades vid experimentet - 59 Megajoule - är egentligen inte det intressanta, utan snarare att reaktorn hållit en jämn och hög energinivå i de fem sekunder som anläggningen byggts för att kunna hantera. Forskningsmässigt är målet med JET därmed uppnått och tekniken är redo för att skalas upp till den betydligt större anläggningen ITER som just nu byggs i södra Frankrike med målet att demonstrera nettoeffekt i plasmat.
– Om vi kan upprätthålla fusion i fem sekunder kan vi göra det i fem minuter och sedan fem timmar när vi skalar upp vår verksamhet i framtida reaktorer, säger Tony Donné, vd för internationella forskningsprogrammet EUROfusion, som samordnar den europeiska satsningen på fusionsenergi.
Efter ITER är planen att bygga den ännu större reaktorn EU DEMO, den sista i raden av planerade forskningsanläggningar. DEMO ska leverera energi till elnätet och bevisa att fusionsenergi kan skapas i kommersiellt gångbara mängder. Den planeras stå klar efter 2050.
– Det är lätt att bli otålig men vi måste ta ett steg i taget på den färdplan som finns utstakad för att få ett säkert och effektivt sätt att hantera den globala energikrisen. Delar av utvecklingen går samtidigt fort framåt. Till exempel har kapaciteten tredubblats för de magnetfält som ska hålla plasman på plats. Det bådar gott för DEMO, även om en reaktors effektivitet inte enbart beror på magnetfältets kapacitet.
Mer information om fusionsforskningen
Läs det internationella pressmeddelandet från UK Atomic Energy Authority.
Läs mer om det europeiska samarbetsprojektet Eurofusion.
Läs mer om JET - Joint European Torus.
Läs mer om ITER - International Thermonuclear Experimental Reactor.
Kontakt
- Biträdande professor, Astronomi och plasmafysik, Rymd-, geo- och miljövetenskap