Hvordan måler man noget som helst inde midt i en kunstig sol med en fuldstændig ekstrem temperatur på over 200 mio. grader celsius?

Det kan umiddelbart lyde som en umulig opgave. Men på DTU i Lyngby har en række fysikere og teknikere fundet en så elegant løsning, at de har vundet den hidtil største danske kontrakt på en leverance til det gigantiske forsøgsfusionskraftværk ITER, der i øjeblikket er under opførelse i Sydfrankrig.

De skal designe et avanceret diagnosesystem, som skal kunne tage temperaturen på det kommende fusionskraftværks ellers urørlige kerne – i et superophedet plasma, der i miniskala efterligner de processer, som finder sted inde i selveste Solens kerne.

»Vi bygger ikke fusionsreaktoren. Men vi er med til at forklare, hvad der egentlig sker derinde ved at skabe en form for vindue ind til plasmaet,« forklarer seniorforsker ved DTU Fysik Søren Bang Korsholm, som står i spidsen for designet af det avancerede måleudstyr.

1.000 mikrobølgeovne

Fusionskraft bliver ofte betegnet som fremtidens energikilde.

I modsætning til et traditionelt kernekraftværk, hvor man spalter atomer, går processen i et fusionskraftværk ud på at sammensmelte eller fusionere atomkerner. Det er en proces, der først for alvor indledes, når temperaturen når op over 200 mio. grader. Når det sker, begynder brintioner at smelte sammen, hvilket udløser enorme energimængder – samt helium.

Intet materiale kan modstå en så ufattelig intens hede. Af samme årsag bliver plasmaet så at sige ophængt inde i et såkaldt tokamak-kammer ved hjælp af et system af enorme supermagneter.

Og det er her, at det danske måleapparatur kommer ind. Søren Bang Korsholm forklarer, at systemet kommer til at bestå af en meget kraftig mikrobølgekilde med en effekt på 1 MW, nogenlunde svarende til effekten i 1.000 almindelige mikrobølgeovne. Herfra sendes en mikrobølgestråle direkte ind i plasmaet, hvor det bliver spredt i forskellige retninger.

Lige uden for tokamakkammeret vil en række spejle og et særligt mikrobølgehorn opsamle en del af det spredte lys, og på den baggrund bliver man i stand til at »diagnosticere« plasmaet.

Budgettet for design af måleudstyret er på 50-60 mio. kr., og DTU forventer, at det vil tage ca. fire år at færdigdesigne systemet sammen med det portugisiske universitet IST. DTU Fysiks afdeling for plasmafysik og fusionsenergi har i de senere år oparbejdet store kompetencer på området og har tidligere designet måleudstyr til mindre forsøgsfusionsreaktorer i bl.a. Tyskland.

23.000 ton maskine

Efter Den Internationale Rumstation er ITER klodens nok mest ambitiøse og dyre såkaldte big science-projekt. Det samlede budget for pionerkraftværket er på over 100 mia. kr., og snesevis af lande, herunder USA, Kina, Rusland, Indien, Japan og hele EU er med til at finansiere projektet, der har til at formål at demonstrere, at det er muligt at producere mere energi ved hjælp af fusion, end det selv forbruger. Samt holde processen i gang i mere end blot nogle få sekunder ad gangen.

Det første halvanden meter tykke lag af beton til den 23.000 tunge tokamak-maskine er allerede støbt, ligesom man er godt i gang med produktionen af nogle af maskinens enorme magnetspoler, hvoraf nogle bliver helt op mod 30 meter lange.

Ifølge Søren Bang Korsholm forventer man at kunne tænde for plasmaet mod slutningen af 2020, men først i 2027 regner man med, at ITER vil kunne køre på fuld kraft og dermed levere en effekt på 500 MW.

Men dermed er energiforsyningens hellige gral ingenlunde fundet.

ITER er kun et skridt, dog et afgørende af slagsen, på vejen mod en verden, hvor fusion vil spille en central rolle i energiforsyningen.

Efter ITER forventer man at opføre et eller flere endnu større demonstrationsfusionskraftværker, hvor processen skal kunne køre næsten kontinuerligt. Og derefter, måske i 2045 eller 2050, vil man formentlig kunne opføre egentlige kommercielle fusionskraftværker, der kan forsyne storbyer som København med elektricitet.

»Den politiske udvikling er helt afgørende for, hvor hurtigt det kommer til at gå. Der findes forskere som mener, at man allerede i dag vil kunne begynde at opføre kommercielle fusionskraftværker. Men det ville i givet fald kræve enorme midler og blive en kæmpeopgave på linje med Apolloprojektet, der førte til bemandede månerejser,« forklarer den danske fusions­fysiker

Central rolle i fremtiden

Søren Bang Korsholm spår, at fusionskraftværker vil kunne stå for op mod en tredjedel af verdens elproduktion mod slutningen af århundredet og dermed spille en lige så central rolle i fremtidens energimix som sol, vind og konventionel kernekraft.

Samtidig understreger han, at man i modsætning til nutidens atomkraftværker vil kunne placere fusionskraftværker lige op ad store byer.

»Og temperaturen på kølevandet vil være så høj, at de sideløbende vil kunne levere varmt vand til fjernvarmenettet, ligesom værkerne vil kunne producere brint til brændselsceller ved en katalytisk proces,« siger han.