Kan fusionskraftværker være farlige?

tirsdag 15 nov 22
|

Kontakt

Amalia Chambon
Forsker
DTU Fysik
46 77 46 01

Der er nærmest ingen risici ved at producere fusionsenergi – og så udleder energikilden tillige ikke CO2. Det lyder næsten for godt til at være sandt. Men det er det ikke. Der vil til ethvert tidspunkt være så lidt brændsel inde i kraftværket, at der ikke kan ske ulykker med store udslip af farlige stoffer til følge. Selve fusionskraftværkets indre dele bliver dog radioaktive, men det forsvinder i løbet af blot 100 år.

Klimakrise – hvad gør vi?

Gennemsnitstemperaturen stiger på kloden, og vi står midt i en klimakrise. Danmark, Europa og mange andre lande i Verden har et mål om at begrænse udledningen af drivhusgasser, så middeltemperaturen på Jordkloden ikke vil stige mere end 2 °C. Derfor udbygger vi med vedvarende energikilder, der er CO2-fri f.eks. solceller og vindmøller. Disse energikilder har blot det problem, at de ikke altid er tilgængelige, og vi har ikke en tilstrækkelig god metode til at oplagre energien. Vi har derfor behov for en CO2-fri energiproduktion, der kan supplere solceller og vindmøller.

Fusionskraft er uafhængig af vejret

Her kommer Amalia Chambon fra DTU Fysik på banen. Hun er en del af en forskningsgruppe, der ihærdigt arbejder på at være med til at realisere CO2-fri fusionskraft. Forskerne mener, at fusionsenergi om cirka 30 år kan være klar til at bidrage til Verdens energiforsyning.

Energi fra fusion kan måske lyde farligt

Fusionsenergi er den energi der frigives, når to lette atomkerner smelter sammen. Det er den proces, der driver Solen. For at opnå fusion i et kraftværk her på Jorden skal man opvarme sit brændsel til 15 gange temperaturen i Solens indre – ca. 200 millioner °C. Og så tænker du måske, at kernekraft altid har noget med radioaktive stoffer at gøre, og som følge heraf, antager du formentlig, at der må være radioaktivt affald forbundet med fusionskraftværker. Desuden tænker du måske, at de ekstremt høje temperaturer kan medføre uheld som f.eks. nedsmeltninger af reaktoren. Præcis som det er sket ved almindelig atomkraft.

”Men sådan er det heldigvis ikke”, fortæller Amalia. Og derfor mener nogen, at fusionskraft er et af fremtidens håb om en sikker og bæredygtig energiforsyning. Der skal ”bare” lige 25 års yderligere teknologisk forskning og et par forsøgsanlæg til, så tyder alt på, at vi kan have el fra fusionskraft i stikkontakten.

Fusionskraft er forskellig fra konventionel atomkraft

Et fusionskraftværk udleder ikke CO2, når det producerer energi, ligesom konventionel atomkraft heller ikke gør. ”Men her stopper lighederne. I konventionel atomkraft, spaltes tunge atomkerner til mindre kerner, der typisk er radioaktive, siger Amalia.
I fusionskraft derimod sammensmeltes meget lette kerner, og bliver til lidt tungere kerner, der ikke er radioaktive. Mere præcist sammensmelter man f.eks. en tung brintkerne med en supertung brintkerne, og resultatet er helium og neutroner med høj fart. Såvel ved sammensmeltningerne i fusion som ved spaltningerne i fission frigives enorme mængder energi.

Ressourcerne til fusionskraft er ikke radioaktive

Tungt brint kommer fra verdenshavene, og er ikke radioaktivt. Desuden bruger man litium som energiressource til et fusionskraftværk, og det er heller ikke radioaktivt.
Amalia fortæller: ”Supertungt brint bliver dannet inde i fusionskraftværket ud fra litium. Det nydannede supertunge brint er en smule radioaktivt – men bliver jo inde i reaktoren omdannet til heliumgas, der ikke er radioaktivt. Helium er det eneste stof, der dannes i processen, og det er uskadeligt og magen til den gas, der er i helium-balloner”.

Ingen affaldsproblemer efter Tornerosesøvn

Der bliver dog dannet radioaktive stoffer i reaktoren, på grund af de neutroner, der, ud over heliumkerner, også skabes i fusionsprocessen. ”Neutronerne skader f.eks. væggene inde i kammeret. Skaderne sker dels ved, at neutronerne drøner ind i atomerne i væggen og forskubber dem. Dels ved, at materialerne bliver radioaktive, når en neutron indfanges i en atomkerne i reaktorens vægge. De dannede radioaktive materialer vil dog være henfaldet fuldstændigt efter 100 år (og altså ikke længere være radioaktive), hvilket ikke er længe sammenlignet med de millioner af år for affaldet fra traditionel atomkraft”, siger Amalia.

På et kommende fusionskraftværk, vil man når det er udtjent, lade det sove en tornerosesøvn i 100 år, og derefter er der nærmest ingen radioaktivitet tilbage. Så på det tidspunkt kan prinsen gå direkte ind i kraftværket uden at blive udsat for sundhedsfare. Amalia siger: ”Da er fusionskraftværket klar til nedrivning, og så meget som muligt vil blive genanvendt - f.eks. stålet.”

Ikke mulighed for nedsmeltning

Da der inde i fusionsreaktoren er 15 gange varmere end i Solens centrum, kunne man måske tro, at en nedsmeltning af reaktoren vil kunne ske, men Amalia siger: ”Plasmaet, hvori fusionsprocesserne sker, er meget tyndt. Der er ikke ret mange atomkerner derinde ad gangen. Derfor er det begrænset, hvad der kan ske, da den samlede masse af varmt brændstof er ekstremt lille.” Der er så lidt stof inde i ITER reaktoren, at det samlet vejer cirka 1 gram – i et kammer på knap 1 million liter.
Fusionsprocesserne vil aldrig kunne løbe løbsk, da fusionsprocessen ikke er en kædereaktion, og for høj temperatur faktisk hæmmer processerne i at foregå. Det gør for lav temperatur i øvrigt også. Amalia fortsætter: ”Processerne vil gå helt i stå, hvis plasmaet i reaktoren slipper ud af magnetfeltet og rammer ind på indersiden af reaktorvæggen. Så ingen fare for udslip til omgivelserne fra sådan et fusionskraftværk. Der er ingen kædereaktioner”.

Det er fascinerende, at man inde i en reaktor har 200 mio. °C varmt, svævende plasma, og få centimer derfra har en væg med en temperatur på kun nogle hundrede °C.

Af videnskabsjournalist Karina Goyle

Amalia forudsiger mængden af neutroner

Amalie fortæller: ”Jeg laver modeller, der simulerer neutroner, der flyver ud fra plasmaet og blandt andet rammer det måleinstrument til ITER, som DTU-gruppen har designet. ITER er det kommende store internationale fusionseksperiment som bygges i Sydfrankrig. Da neutroner kan påvirke instrumentet, er det vigtig viden for at designe den bedst mulige afskærmning. Den skal absorbere de vildfarne neutroner, så de ikke ødelægger instrumentet”. Samtidig er det vigtigt at vælge et passende materiale til afskærmningen, som ikke selv bliver radioaktivt af neutronerne. Hun fortæller desuden, at hele ITER-reaktoren naturligvis også afskærmes for at stoppe neutronerne, da de også er sundhedsskadelige for mennesker. Amalia er franskmand, men har valgt at bosætte sig i Danmark for at arbejde med modellering af neutroner.
https://www.fusionsenergi.dk/artikler/Kan-fusionskraftvaerker-vaere-farlige
25 JULI 2024