fusionsenergi (Forskningens resultater og planer)

Ved sin start i slutningen af 1950'erne foregik fusionsforskningen i små universitetsgrupper i de involverede lande. De eksperimentelle opstillinger var små, og de opnåede resultater langt fra Lawsonkriteriets krav. De opnåede temperaturer var karakteristisk på 1 mio. °C og indeslutningsprodukterne, n∙τ_E, var kun ca. 1/1000 af kravet. Det var klart, at der måtte bygges større og større forsøgsanlæg for at komme videre. I 1960'erne og 70'erne byggede flere af de største lande fusionsforskningsinstitutioner med op til 1000 medarbejdere og tilsvarende store opstillinger. I denne periode opnåedes temperaturer op mod 100 mio. °C og indeslutninger, der var bedre end 1% af Lawson-kravet.

I Europa havde EF-landene allerede omkring 1960 dannet et fælleseuropæisk fusionsprogram, som omfattede al fusionsforskning i medlemslandene. Inden for dette program besluttede man i midten 1970'erne at bygge et stort fusionseksperiment, JET, som blev placeret nær Oxford i England. JET stod færdig i 1983, og det har i sine 25 år givet imponerende resultater. Allerede i slutningen af 1980'erne opnåedes temperaturer på over 100 mio. °C, og hurtigt derefter indeslutningsprodukter, der kun lå seks gange under Lawsonkriteriets krav for antænding. Dette har skabt en tro blandt fusionsforskere på, at det kan lykkes at udnytte fusionsenergien. Det er på den baggrund, at der i årtiet omkring år 2000 blev lavet en langsigtet plan for den fremtidige forskning. Planen indebærer, at der skal bygges tre store fusionseksperimenter med faciliteter for tilhørende følgeforskning samt et stort teknologiprogram.

ITER er første led i denne plan; den er en tokamak ca. 10 gange større end JET, som vil blive bygget i Frankrig i perioden fra 2007 til 2016. Den er et virkeligt internationalt projekt med mange af verdens industrialiserede lande som partnere. Den er designet til at producere 500 MW af fusionsenergi i mindst seks minutter lange pulser. ITER forventes at få en udnyttelsesperiode på ca. 20 år. De første 10 år vil man studere fysikken af varme plasmaer, hvori der frigøres fusionsenergi, med henblik på at finde de bedste metoder til at opfylde Lawsonkriteriet. De sidste 10 år vil man koncentrere sig om teknologiske problemer, først og fremmest med henblik på at finde de bedst egnede materialer til det torusformede reaktorkammer.

Næste generation af store fusionsforskningsanlæg bliver ►DEMO, en el-producerende fusionsreaktor, der skal demonstrere acceptable løsninger på alle væsentlige plasmafysiske og teknologiske problemer samtidig med, at den skal benyttes til fortsat plasmafysisk og teknologisk forskning. Hvis forskningen forløber som ventet, kan DEMO blive bygget omkring 2030.

Sidste led i planen er en prototypereaktor. Den skal demonstrere, at fusionsenergi kan produceres og udnyttes på en sikker og miljømæssig acceptabel måde samtidig med, at fusionsreaktoren er tilstrækkelig driftsikker, og at den kan producere energi til priser, der er konkurrencedygtige i forhold til andre energikilder.

Parallelt med opførelsen og driften af de tre nævnte fusionsreaktorer skal der iværksættes et stort forskningsprogram om fusionsteknologi, som bl.a. skal omfatte 1) udvikling af materialer til fusionskammeret, som kan modstå varme- og neutronstrålingen fra plasmaet uden at erodere for hurtigt; 2) udvikling af en sikker teknologi til håndtering af det radioaktive tritiumbrændstof; 3) udvikling af en robotteknologi, som gør det muligt at reparere og udskifte alle radioaktive reaktorelementer ved fjernbetjening; 4) udvikling af superledende magnetfeltspoler til at generere magnetfeltet omkring plasmaet.

Efter årtusindskiftet har derværet en voksende bekymring for de skadelige miljøpåvirkninger, som følger den udstrakte brug af de fossile brændstoffer kul, olie og naturgas. Denne bekymring har medført en stigende interesse for at accelerere fusionsforskningen, og der er opstået tanker om at slå Demo og prototypereaktoren sammen til ét skridt. En sådan acceleration menes at kunne skære ca. fem år af tiden frem til den praktiske udnyttelse af fusionsenergien. Den er endnu i 2008 ikke vedtaget på højt politisk plan, men den har fået navnet Den Bredere Tilgang (engelsk: The Broader Approach). Hvis der opnås enighed om denne forøgelse af indsatsen, vil det betyde, at der skal allokeres væsentlig flere midler, og at der skal bygges en del mindre eksperimenter til at løse specielle problemer. Det vil bl.a. kræve en forøget indsats på udviklingen af materialer til reaktorens kammer, der kan modstå den kraftige neutronbestråling. Til dette formål er der i 2008 indgået en samarbejdsaftale mellem EU og Japan om at opbygge et forskningscenter i Japan, som skal huse et forsøgsanlæg med navnet IFMIF, (International Fusion Materials Irradiation Facility).