Att behärska kontrollerad fusion är utan tvekan det heliga graal för tekniskt avancerade civilisationer. Anmärkningsvärt nog kan det också vara den moderna motsvarigheten till den filosofiska stenen…
Det råder ingen tvekan om att elförbrukningen kommer att öka under de kommande decennierna, delvis eftersom vi kommer att behöva avveckla användningen av fossil energi i form av kol och kolväten. Men för att producera koldioxidfri el räcker det inte med förnybara energikällor, utan det kommer också att krävas kärnkraft. Därför är byggandet av kärnkraftverk i full gång. År 2024 tillkännagav Kina att man beställt 11 nya kärnreaktorer, trots att man redan har 56 reaktorer i drift och 30 under byggnad.
I idealfallet skulle kontrollerad fusion vara den bästa källan till koldioxidfri elenergi, men den förväntas inte vara i drift före 2050-talet, och den enda fortfarande trovärdiga vägen för att göra mänskligheten till en Prometheus med solens eld är fortfarande Iter-projektet med sin Tokamak.
För att stanna kvar i Homo sapiens mytiska drömvärld verkar det nu trovärdigt att slå två flugor i en smäll, inte bara genom att bli herre och ägare (för att använda Descartes uttryck i Discours de la méthode) över solens termonukleära eld, utan också genom att samtidigt få tillgång till något som motsvarar alkemisternas filosofiska sten.
Neutroner, hemligheten bakom den filosofiska stenen?
För att förstå vad det handlar om måste man komma ihåg att den termonukleära fusionsreaktion som planeras för Iter-projektet inleds med två isotoper av väte, nämligen deuterium och tritium, som innehåller ett respektive två neutroner utöver en proton. Fusionen producerar då helium 4 och en neutron. Man vet hur man utvinner deuterium ur havsvatten, som innehåller enorma mängder av det. Men för tritium är det mer komplicerat, eftersom det är ett radioaktivt grundämne med kort halveringstid som därför snabbt sönderfaller.
Det går att producera små mängder med kärnklyvningsreaktorer, vilket gör det möjligt att starta den planerade fusionsreaktionen. Men för kontinuerlig drift med många reaktorer krävs stora mängder tritium. Lyckligtvis finns lösningen i att använda den neutronflöde som genereras för att bombardera litiumkärnor som finns i en så kallad tritigen täckning på tokamakens innervägg. Då uppstår en kärnreaktion som syntetiserar tritium.
Det är denna möjlighet som har inspirerat forskarna vid det kaliforniska startup-företaget Marathon Fusion. De har undersökt vad som skulle hända om väggen också innehöll kärnor av en isotop av kvicksilver, nämligen kvicksilver-198. Om man har neutroner med tillräcklig energi leder detta till att den radioaktiva isotopen kvicksilver-197 bildas, som sedan sönderfaller till guld-197, den enda stabila isotopen av guld.
Flera ton guld per gigawatt effekt
Marathon Fusion-teamet uppskattar nu, tack vare en ”digital tvilling” av Iter på dator – som forskarna förklarar i en artikel på arXiv – att ett fusionskraftverk skulle kunna producera flera ton guld per gigawatt värmeeffekt under ett enda driftsår. Neutroner med en energi på över 6 miljoner elektronvolt krävs för att omvandla kvicksilver 198 till guld.
I fysikernas jargong är det 6 MeV. Det passar bra, eftersom neutronerna i Iter lätt bör nå 14 MeV!
En nackdel är dock att allt guld som produceras på detta sätt initialt skulle vara radioaktivt och därför inte omedelbart användbart. Teoretiskt sett skulle det dock vara en mycket effektivare teknik än den med kollisioner mellantunga blyjoner vid CERN, som under flera år endast har möjliggjort nukleosyntes av cirka 86 miljarder guldkärnor, vilket motsvarar totalt 29 pikogram (2,9 ×10-11 g).
En andra nackdel är att Iter inte är en prototyp för ett kraftverk. Det är dess efterföljare, Demo, som skulle bli prototypen för industriella fusionsreaktorer för produktion av el och guld under andra hälften av 2000-talet.
