Varje timma producerar solen energi ekvivalent med 3,8*10^23 kilowattimmar. Varje sekund produceras mångdubbelt mer energi än vad hela jorden gör av med under åratal. Då är det inte så konstigt att forskare länge drömt om att tämja den enorma potential som solens energiomvandling erbjuder.

Vad är det då som händer 150 miljoner kilometer bort? Fusion händer. Mindre atomkärnor smälter samman och bildar större, och skapar värme i processen. Mer specifikt smälter två vätekärnor ihop och bildar väteisotopen deuterium. Den nya atomen kan sedan fusionera med ytterligare en väteatom och bilda en lätt isotop av Helium, 3He.

Därefter är den vanligaste fortsättningen på processen att två stycken 3He smälter samman till en 4He och två protoner. När slutprodukten jämförs med de fyra protoner som ingick inses det att 0,7 procent av den ursprungliga vikten har ”försvunnit”, det vill säga omvandlats till energi.

Den totala bindningsenergin i det resulterande heliumet är klart lägre än den i de fyra ursprungliga protonerna, och varje sådan kedja av reaktioner frigör därför energi; 26,73 megaelektronvolt för att vara mer specifik.

När bindningsenergin i slutnuklid understiger den i startnuklid avges skillnaden i form av energi. Det är detta som beskrivs i Einstens berömda formel E=MC2, som förklarar hur massa och energi är ekvivalenta. Förlorad massa omvandlas till energi.

Dödlig kraft

Initialt var det i militärt syfte som fusionen utforskades. Genom att ta ett klassiskt kärnvapen byggt på principen om fission – där tunga atomer sönderfaller i mindre beståndsdelar och frigör energi – och addera ett element av fusion kunde effektiviteten i vapnet förbättras avsevärt. Ett fissionsbaserat kärnvapen hinner inte använda mer än en liten del av sitt bränsle innan bomben spränger sig själv och processen avstannar. Genom att också ha deuterium i vapnet kommer den initiala fissionen att skapa tillräckligt hög temperatur för att fusion ska initieras. De neutroner som avges i processen snabbar på den ursprungliga fissionsprocessen, och effektiviteten i vapnet ökar därmed avsevärt.

Potentialen tämjs och används i fredligt syfte

Till skillnad från fission, som ganska omgående gav oss fredlig kraft i form av kärnkraft, har det visat sig svårare att tämja den enorma potential som ryms inom fusionskraften. Trots att det gått nästan 60 år sedan den första mänskligt initierade fusionsreaktionen på jorden har vi ännu inte lyckats förstå processen tillräckligt väl för att kunna utvinna energi på ett kontrollerat sätt.

Redan 1946 fick två engelska forskare patent för en typ av fusionsreaktor. Deras koncept gick ut på att föra ström genom plasma, vilket skapade ett magnetiskt fält som pressade plasman inåt, vilket i sin tur skapade ett kraftigare magnetfält med ytterligare kraft inåt, och så vidare i en kärnreaktion som var tänkt att alstra tillräckligt höga temperaturer för att fusion skulle kunna uppstå.

Processen har dock visat sig svårkontrollerad och instabil, varför alternativa vägar utforskats. Den senaste i raden av storskaliga experiment är ITER, en testanläggning med en så kallad Tokamak-reaktor som för tillfället byggs i Frankrike. Bakom experimentet står USA, Kina, EU, Ryssland, Japan, Indien och Sydkorea. Inget tidigare experiment med fusion har lyckats utvinna mer energi än vad som krävts i processen. ITER är dock konstruerad för att kunna ge tio gånger så mycket energi som behövs för att driva processen.

Bygget är dock tidskrävande, och inte förrän 2026 väntas energiproduktion kunna ske.

Framtiden

Är fusionskraften lösningen på framtiden energiproblem, eller är det en ouppnåelig dröm? Det vet vi inte. Vad vi däremot vet är att potentialen är enorm, och att vi njuter den naturligt förekommande fusionens frukter varje dag.

Artikeln publicerad september 2011