Från elbilar till datacenter med artificiell intelligens (AI) – de tekniker som människor använder varje dag kräver en växande efterfrågan på el. I teorin skulle kärnfusion – en process där atomer smälter samman och avger värme som driver generatorer – kunna ge enorma energimängder med minimala utsläpp. Men kärnfusion är en dyr lösning eftersom ett av de viktigaste bränslena är en sällsynt form av väte som kallas tritium.
Nu utvecklar forskare nya system för att använda kärnavfall för att tillverka tritium.
Terence Tarnowsky, fysiker vid Los Alamos National Laboratory (LANL), presenterade sina resultat vid höstmötet för American Chemical Society (ACS Fall 2025), som hölls 17–21 augusti.
Dagens kärnkraftverk genererar energi genom en process som kallas kärnklyvning. Vid kärnklyvning delas en plutonium- eller uranat om för att frigöra energi och partiklar som kallas neutroner, som i sin tur delar upp fler atomer. Denna kedjereaktion av klyvning ger en stadig ström av energi, men resulterar också i långlivade kärnavfall.
De föreslagna kärnfusionskraftverken skulle generera energi genom att kombinera atomkärnor. Vid fusion skulle former av väte, kallade deuterium och tritium, förenas för att skapa tyngre atomer. Denna process, som driver stjärnorna i universum, frigör en stor mängd energi och producerar, till skillnad från fission, mycket lite radioaktivt avfall.
Deuterium är lättillgängligt, men USA saknar för närvarande en säker och förutsägbar tillgång på tritium. ”Just nu är värdet på kommersiellt tritium cirka 15 miljoner dollar per pund [33 miljoner dollar per kilogram], och USA har ingen inhemsk kapacitet att producera det”, säger Tarnowsky. ”Så vi har denna brist på tritium.”
Tritium förekommer naturligt i den övre atmosfären. Och den nuvarande största kommersiella källan är fissionsreaktorer i Kanada. ”Den totala tritiumreserven på jorden är cirka 55 plus eller minus 31 pund [25 plus eller minus 14 kilogram]”, säger Tarnowsky.
”Om man gör vissa antaganden räcker 55 pund [25 kilogram] tritium för att försörja mer än 500 000 hushåll i sex månader. Det är mer än antalet bostäder i Washington, D.C.”
Till skillnad från sina tritiumlager har USA tusentals ton kärnavfall som producerats av kommersiella kärnkraftverk. Det innehåller högst radioaktiva material som kräver dyr lagring för att förvaras på ett säkert sätt. Långtidslagring väcker farhågor om strålningsläckage till miljön med risk för skador på växter och djur eller cancer hos människor.
Tarnowsky såg därför en möjlighet att utvärdera möjligheten att använda fortfarande radioaktivt kärnavfall för att producera värdefullt tritium. Han har genomfört flera datorsimuleringar av potentiella tritiumreaktorer för att utvärdera konstruktionernas produktion och energieffektivitet.
De simulerade reaktorkonstruktionerna använder en partikelaccelerator för att starta atomdelningsreaktioner i kärnavfallet. När atomerna delas i simuleringen frigörs neutroner som efter en serie andra kärnövergångar slutligen producerar tritium. Acceleratorn gör det möjligt för operatörerna att starta och stoppa reaktionerna och anses vara säkrare än de kedjereaktioner som sker i ett vanligt kärnkraftverk.
Även om de grundläggande principerna för konstruktionen inte är nya, kan tekniska framsteg göra den mer effektiv än när den först övervägdes på 1990-talet och i början av 2000-talet, säger Tarnowsky.
Hittills uppskattar han att detta teoretiska system, som drivs med 1 gigawatt energi, eller det totala årliga energibehovet för 800 000 amerikanska hushåll, skulle kunna producera cirka 4,4 pund (2 kilogram) tritium per år. Denna mängd är i nivå med den totala årliga produktionen från alla reaktorer i Kanada.
En viktig fördel med Tarnowskys system är effektiviteten i tritiumproduktionen. Han beräknar att konstruktionen skulle producera mer än tio gånger så mycket tritium som en fusionsreaktor med samma värmeeffekt.
Nästa steg för Tarnowsky är att beräkna kostnaden i dollar för tritiumproduktion när han har mer sofistikerade beräkningar av reaktorns effektivitet. Han kommer att förfina sina simuleringar för att mer exakt utvärdera effektiviteten och säkerheten hos reaktorns konstruktion, som till största delen redan har konstruerats men ännu inte kombinerats på detta sätt. Han planerar till exempel att utveckla en ny kod för en modell som omger kärnavfallet med smält litiumsalt, en beprövad konstruktion för reaktorer med uranbränsle som hittills endast har använts för vetenskapliga experiment.
Saltets kylningsegenskaper erbjuder en potentiell säkerhetsåtgärd, och konstruktionen skulle göra det svårt att utvinna avfallet för vapenutveckling. Det slutgiltiga målet är att modelleringen ska hjälpa beslutsfattare att förstå vilken simulering som har störst potential för framtida implementering.
Allt detta kan verka komplicerat, men för Tarnowsky är det en del av en plan för att använda befintlig teknik för att sänka kostnaderna. ”Energiomställningar är en kostsam affär, och varje gång vi kan göra det enklare bör vi försöka”, säger han.
Mer information: På väg mot en fusionsekonomi med kilogrammängder av kommersiellt tritium. acs.digitellinc.com/p/s/on-ram … rcial-tritium-635641
