Drivkraften är att lösa hela världens energiproblem. På KTH:s campus bygger företaget Novatron sin första prototyp till fusionsreaktor. ”Jag är säker på att den kommer att fungera”, säger uppfinnaren.

Det är högt i tak men trångt i Alfvénlaboratoriet. I ett hörn monteras väggarna till ett renrum för Novatrons prototypreaktor.

– Vakuumkärlet behöver vara jätterent och det kommer att finnas väldigt mycket mätutrustning och elektronik här, så vi vill inte ha in något damm, säger Jan Jäderberg.

Det är han som är uppfinnaren bakom Novatrons reaktorkoncept. I dag är han teknikchef på företaget som försöker kommersialisera fusionsreaktorn.

Det är trångt på Alfvénlaboratoriet, till stor del på grund av Extrap T2R, maskinen som köptes till KTH på 1990-talet för plasmaexperiment och fortfarande är i användning. Jan Jäderberg visar runt. Niklas Porter

Det pågår flera projekt för att realisera fusionskraft världen över. Drömmen är att det ska bli en näst intill outsinlig energikälla, som tar bränslet ur havsvatten och inte ger upphov till något långlivat avfall.

På senare år har flera viktiga framsteg gjorts. Men det finns fortfarande stora svårigheter att bemästra. Ingen har ännu lyckats bygga en fusionsreaktor som ger mer energi än vad den kräver i drift. Ingen har heller skapat en kontinuerlig fusionsprocess, i ett så kallat brinnande plasma, under en längre tid.

Hur kommer det sig att ni väljer att starta ett bolag för att kommersialisera en teknik som har så långt kvar?

– Det är sant, det anses vara världens mest komplicerade teknik, så det är lite vådligt. Men grundidén skiljer sig så mycket från andra grundidéer, därför tror vi att vi har väldigt mycket bättre förutsättningar, säger Jan Jäderberg.

”Nu kan man bygga miljontals experiment i datorerna”

Den största svårigheten med att förverkliga fusionskraft är de extremt höga temperaturer, 100 miljoner grader Celsius, som krävs för att få igång reaktionerna. Det existerar inga material som tål så höga temperaturer.

En lösning är att hålla fast bränslet i form av ett elektriskt ledande plasma i ett magnetfält. Den metoden har till exempel valts i det kända fusionsprojektet Iter i Frankrike, där fusion ska ske i en badringsformad tokamak.

Jan Jäderbergs koncept utgår också från att magnetfält som ska hålla plasmat på plats. Men till skillnad från Iter har hans magnetfält en konkav form, sett från utsidan. Själva reaktorn kommer att se ut som en stor cylinder men magnetfältet bildar en form ungefär som ett timglas, smalast på mitten.

Jan Jäderberg. Niklas Porter

I början av december skapade Novatron det första plasmat av vätgas inuti testriggen. Plasma är aggregationsformen en gas når när den värms upp så mycket att elektronerna separeras från atomkärnorna. Gasen består då alltså av joner och lösa elektroner. Niklas Porter

Syftet med den konkava formen är att skapa magnetiska väggar som trycker plasmat in mot mitten. På så sätt ska partiklarna inte fastna i ändarna utan delta i fusionsreaktionerna.

– Vår reaktor har ett ganska enkelt koncept, ur industrialiserings- och kostnadsperspektiv, om man jämför med tokamaker. Vi adresserar grundfrågan att göra ett stabilt plasma, det gör man inte i tokamakvärlden, där handlar utvecklingen mer om att trycka hårt på gaspedalen genom att använda supraledande material, säger Jan Jäderberg.

Forskning på fusion har pågått världen över sedan 1940-talet. Länge har det påståtts att energikällan ”snart” ska bli verklighet. Novatron tror att tiden är mogen nu tack vare den stora datorkraft som finns tillgänglig.

– Tidigare har vägen varit att om man har en idé så bygger man ett experiment och tittar på resultatet. Men nu kan man bygga miljontals experiment i datorerna och välja väg därifrån, säger Jan Jäderberg.

”Har lyckats få plasma”

I Alfvénlaboratoriet genomför Novatron just nu systemtester i en liten testrigg. Den är ungefär 30 gånger mindre i volym än prototypen som ska monteras i vår. Den kan inte heller skapa det konkava magnetfält som är signaturen för Novatrons teknik.

Bara några dagar före Ny Tekniks besök skapades det första plasmat i testriggen. Novatrons kommunikationschef Linda Nyberg ser det som ett stort genombrott.

– Det är otroligt att vi på så kort tid har lyckats få plasma. Det är första gången i Norden som det här sker, oss veterligen, säger hon.

I testriggen pågår tester av delsystem, som till exempel magneter och pumpar. Här skapades det första plasmat av vätgas i början av december. Jan Jäderberg är uppfinnaren bakom Novatrons reaktorkoncept. Niklas Porter

Syftet med Novatrons första prototyp, som kallas Novatron 1, är att visa att konceptet fungerar för att hålla plasmat inneslutet och stabilt. Det är en av de stora svårigheterna inom fusionskraft. Strålningsenergi och partiklar slinker lätt iväg så att fusionsprocessen avstannar.

Plasmat i prototypen ska dock bara värmas till 1 miljon grader Celsius, inte de 100 miljoner grader som krävs för att någon fusionsreaktion ska äga rum.

”Mest för att visa andra”

Fusion ska i stället ske i nästa steg, i den uppskalade versionen som kallas Novatron 2. Därefter ska pilotreaktorn Novatron 3 byggas för att klara kontinuerlig fusion, det som kallas brinnande plasma, och Novatron 4 ska bli en kommersiell reaktor i gigawattskala som levererar el till elnätet. Dit hoppas företaget nå någon gång under 2030-talet.

I de framtida fusionsprocesserna är det de lätta atomkärnorna av deuterium och tritium som ska slås ihop. Än så länge, i både testriggen och Novatron 1, är det vanlig enkel vätgas som används för plasmatesterna.

FAKTA

Novatron

Fullständigt namn: Novatron Fusion Group.

Antal anställda: Cirka 30.

Grundades: 2019 (under namnet JFP Jäderberg Future Power).

Omsättning: 16,8 miljoner kronor (2022).

I Alfvénlaboratoriet syns ännu inget av Novatron 1, som ska monteras i renrummet. Ett runt lock i golvet vittnar om var strömförsörjningen ska ledas in.

Men i källaren väntar stora komponenter på installation. Mittencylindern förvaras i uppvärmt och cirkulerande avjoniserat vatten för att hållas så ren som möjligt. Två stora kopparspolar som ska bilda magneter står uppställda i ett hörn.

Några delar till prototypreaktorn förvaras i källaren på KTH i väntan på montering. Mittendelen ligger i vattenbad för att hålla sig helt ren. Per Niva, ingenjör på Novatron, visar. Niklas Porter

Jan Jäderberg verkar dock inte vänta sig några överraskande resultat från prototypen.

– Det är mest för att visa andra. Jag är säker på att den kommer att fungera. Men vi behöver lära oss hur vi ska bygga maskinen och studera plasmadynamiken inför Novatron 2, säger han. Litiumskärm testas i Novatron 3

En utmaning för fusionskraft handlar om bränslet. Deuterium går att hitta i vanligt vatten, men den radioaktiva väteisotopen tritium finns i princip inte naturligt utan måste skapas. Liksom många andra fusionsprojekt planerar Novatron att använda en litiumskärm inne i reaktorn för att generera tritium. När en neutron träffar skärmen klyver den litiumatomen och ger upphov till tritium.

Men ämnet är ökänt för att tränga igenom metallväggar och slinka ut genom pyttesmå hålrum. Förlusterna kan bli stora. Svårigheten i en fusionsreaktor är att få ett stadigt och tillräckligt flöde av tritium från litiumskärmen så att fusionsprocessen kan hållas igång.

För Novatron blir det först i pilotreaktorn Novatron 3 som tillförseln av tritium från litiumskärmen testas. Vid det laget räknar Jan Jäderberg med att andra fusionsprojekt i världen, eventuellt i samarbete med Novatron, har löst problemen.

– Det är exakt vad Iter jobbar på nu, och Jet också, säger han.

Fakta

Fusion

Kärnfusion är den process där lätta atomkärnor slås ihop till tyngre, varpå energi frigörs. Samma process sker i solen.

För att två atomkärnor ska slås ihop måste de komma emot varandra med en hastighet om minst 1 000 km/s. Det kan göras genom att värma upp bränslet så mycket att elektronerna separeras från atomkärnorna. Då bildar bränslet ett plasma.

För att en fusionsreaktor ska kunna ge mer energi än vad som går åt måste bränslet värmas av själva kärnreaktionerna, så att inte extra energi måste tillföras utifrån. Då kallas det för att bränslet eller plasmat brinner.

Den stora utmaningen är de extrema temperaturer som krävs för att tända en fusionsreaktor.

Mest lovande är fusion mellan väteisotoperna deuterium (med en neutron) och tritium (som har två neutroner). Då behövs lägre temperaturer, cirka 100 miljoner grader Celsius, än för andra ämnen.

När deuterium och tritium slås samman bildas en heliumkärna och en neutron. Energin som frigörs blir till rörelseenergi hos dessa partiklar.

Strategin för att omvandla den frigjorda energin i en fusionsreaktor är att värma vatten i reaktorväggarna så att det driver en ångturbin som genererar elektricitet.

Fusion ger flera miljoner gånger mer energi per gram bränsle än kemiska bränslen som olja och kol. Tio gram deuterium och 15 gram tritium innehåller tillräckligt med energi för en livsförbrukning för en genomsnittlig svensk.

Källa: Uppsala universitet