Framtidens forskare firar fusionsvecka

– Ända sedan jag först hörde talas om fusion har jag lockats av tanken att vi människor ska lyckas bemästra samma typ av energiprocess som sker i stjärnorna. Det är en ambition med potentiellt stora samhällsfördelar som jag ville vara en del av. Sen råkar jag tycka om fysik och programmering, vilket man definitivt får ägna sig åt i vårt område, säger Andreas Gillgren, doktorand inom plasmafysik på institutionen för rymd-, geo och miljövetenskap. 

I en stjärna som solen frigörs stora mängder energi när lätta väteatomer slås ihop – fusionerar – för att bilda en ny och tyngre atom. Så långt låter det enkelt, men för att återskapa fusion på jorden krävs att atomerna hettas upp till temperaturer på över 100 miljoner grader. Atomerna övergår då från gas till plasmaform, som behöver hållas under kontroll under tillräckligt lång tid för att det ska gå att få ut mer energi än man använt för att värma upp atomerna. Energipotentialen för tekniken är enorm, eftersom varken bränslet eller ”askan” som skapas är det minsta farligt. Och det är målet om ren energi i överflöd som driver de globala ansträngningarna och var en stor del av anledningen till att doktoranderna Andreas Gillgren och Ida Ekmark gav sig in i fältet. 

– Det är en kombination av den spännande fysiken och framtidsnyttan. Fysiken i ett fusionsplasma kretsar runt stora mängder laddade partiklar, som interagerar via elektromagnetiska fält och uppvisar ett kollektivt beteende, och detta leder till mycket intressant dynamik. Om vi dessutom lyckas realisera fusion som en energikälla skulle det ha stor positiv påverkan på vårt samhälle och på miljön, och det är inspirerande att jag är en del av utvecklingen som försöker ta oss dit, säger Ida Ekmark på institutionen för fysik.  

100 år senare

Den 10 maj 1900 föddes den brittiska astronomen Cecilia Payne-Gaposchkin, som år 1925 var först med att visa att solen består av väte. Hennes upptäckt ledde sedan fram till vår förståelse av fusion – den process som håller stjärnorna lysande. Och det är för att fira hennes födelsedag som Fusion Energy Week firas andra veckan i maj varje år.

Det är inte bara 100-årsjubileumet av Payne-Gaposchkins upptäckt som gör årets fusionsvecka lite extra speciell. I vår har för första gången alla europeiska fusionsexperiment genomfört intensiva experiment samtidigt, i en samordnad ansträngning som visar på styrkan i den europeiska samarbetsprojektet Eurofusion, där Chalmersforskarna ingår. Läs mer i pressmeddelandet: European labs lead the way: Europe’s fusion energy research in full swing, från Eurofusion. 

Under de senaste åren har också nya milstolpar passerats, när  nyligen pensionerade brittiska reaktorn JET slagit rekord i mängden energi ett fusionsexperiment alstrat, medan franska WEST har slagit rekord i längst bibehållen plasma. 

När det gäller framtiden för tekniken är båda positivt inställda. Ida Ekmark svarar så här på frågan om hon kommer att få se fungerande fusion under sin livstid:

– Det är välkänt att fusion bara är 30 år bort, det har vi sagt sedan fusionsforskningens begynnelse, så ja, självklart! Nej, men för att vara lite mer realistisk tror jag att vi definitivt kommer att ha åstadkommit break-even – det vill säga att vi får ut mer energi än vi behöver tillföra – inom några år, och jag är hoppfull om att fusionskraft kommer vara en etablerad energikälla som står för en signifikant mängd av vår energiförsörjning inom min livstid, säger Ida Ekmark.

När Andreas Gillgren får samma fråga är hans svar kort och koncist:

– Ja!

Mer info: 

Fusion Energy Week 2025 firas 5-9 maj, efter ett initiativ från US Fusion Energy. 

Nedan kan du läsa mer om Idas och Andreas forskning: 

Ida Ekmark arbetar för att avveckla skenande elektroner

Ida Ekmark är doktorand på institutionen på fysik, och tillhör forskargruppen Plasmateori som leds av professor Tünde Fülöp. Ida Ekmarks forskningsfokus ligger på hur man kan undvika att fusionsreaktorn skadas av så kallade skenande elektroner under drift. För två år sedan tilldelades hon även Bert-Inge Hogsveds pris för bästa entreprenörskap för att ha utvecklat ett modelleringsverktyg tillsammans med Esmée Berger (som också hon är doktorand på Fysik idag). Verktyget gör det möjligt att studera hur fusionsreaktorer kan startas på ett säkert sätt.

Ida, kan du berätta mer om vad du forskar på?

– Jag forskar på en undergrupp av elektroner i plasmat, mer specifikt de snabbaste elektronerna. I ett fusionsplasma accelereras elektronerna av ett elektriskt fält, medan de bromsas in av en friktionskraft som kommer från kollisioner med andra partiklar i plasmat. Den här friktionskraften avtar dock med ökande hastighet, vilket innebär att om en elektron får en tillräckligt hög hastighet kommer friktionskraften inte längre balansera accelerationen från det elektriska fältet, och elektronen kommer accelerera obehindrat – den kommer skena iväg till relativistiska hastigheter.

– Dessa skenande elektroner (”runaway electrons”) kan samlas i en högenergetisk stråle, och om den strålen når väggen kan den orsaka allvarliga skador på fusionsreaktorn. Detta vill vi undvika, och det är vad min forskning handlar om – hur man undviker eller avvecklar skenande elektroner i fusionsplasmor.

Du lägger i dagarna fram din licentiatuppsats. Vad handlar den om?

– Min licentiatuppsats handlar om hur vi kan modellera skenande elektroner under uppstart och disruptioner av plasmaskott i tokamaker, vilket är en sorts fusionsreaktor, samt hur disruptionsmitigering kan optimeras för att minimera skadorisken. 

Vad hoppas du åstadkomma inom fusionsfältet i framtiden?

–  Jag hoppas kunna vara del av den positiva utvecklingen som tar oss mot fungerande fusion, och bidra med i alla fall en pusselbit till hur vi hanterar skenande elektroner i fusionsreaktorer. Lite mer kortsiktigt hoppas jag kunna bidra med insikt i om skenande elektroner kan dyka upp i stellaratorer, vilket är en sorts fusionsreaktorskoncept där relativt lite forskning om skenande elektroner har gjorts. De förväntas framför allt utgöra ett problem i tokamaker, ett annat fusionsreaktorskoncept, men skulle kunna genereras och orsaka skador även i stellaratorer. Långsiktigt hoppas jag att jag kan stanna inom akademin och fortsätta forska om fusionsplasmor, men exakt hur är svårt att säga just nu. 

Andreas Gillgren: AI som problemlösare inom fusionsforskningen

Andreas Gillgren är doktorand på institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap. Han ingår i forskargruppen Plasmafysik och fusionsenergi som leds av professor Pär Strand. Gruppen bidrar med teoretiskt stöd samt testa och validera modeller och verktyg kring de stora fusionsexperimenten som pågår vid de olika europeiska forskningsanläggningarna. För det syftet har Andreas och hans kollegor utvecklat det egna verktyget NeuralBranch – ett ramverk för neurala nätverk som är utformat för att vara lättare att tolka och förstå.

Andreas, vad handlar din forskning om?

Jag utforskar hur maskininlärning/AI kan användas för att lösa olika problemställningar inom fusion. Jag har ett särskilt intresse för tolkbar maskininlärning, vilket innebär att vi försöker ta oss runt det så kallade ”black-box”-problemet. Med andra ord handlar det om att använda metoder som hjälper oss förstå hur maskininlärningsmodeller motiverar sina prediktioner eller beslut. Syftet är att ge mer tillit till dessa modeller inom fältet, samt att vi faktiskt vill kunna lära oss något av dem.

Vad hoppas du att din forskning ska kunna åstadkomma inom fusionsfältet i framtiden?

Jag hoppas att min forskning bidrar till en ökad användning av tolkbara maskininlärningsmodeller inom fusion. Vi har börjat se ett ökat intresse, där forskare som tidigare var skeptiska mot maskininlärning nu i stället är nyfikna och vill jämföra sina kunskaper med de mönster våra tolkbara modeller visar, vilket är kul. På lång sikt har jag en förhoppning om att alla maskininlärningsmodeller som används är tolkbara, både inom fusion och i andra områden. För mig är det en trevligare framtid jämfört med en värld fylld av svarta lådor som vi inte fullt förstår oss på.

Är det du arbetar på något som du tror skulle kunna användas utanför fusionsområdet och i så fall hur?

Det tror jag absolut. De metoder vi utvecklar inom tolkbar maskininlärning är inte begränsade till områden inom fusion. Just transparens och tolkbarhet tror jag kan vara helt avgörande för AI-användning inom högriskapplikationer som exempelvis sjukvård och juridiska områden. Sen kan nog alla områden dra nytta av att lära sig mer om sin data, vilket tolkbarheten hjälper till med.