Nieuwe stap in onderzoek naar kernfusie
Experimenteerhal met de fusiefaciliteit Wendelstein 7-X, de modernste en grootste 'stellarator' ter wereld
(Foto: MPI voor Plasmafysica / Jan Hosan)
Onderzoekers van Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald (D) zijn erin geslaagd om in hun ‘stellarator’ een waterstofplasma acht minuten in stand te houden, waarbij het 1,3 GJ aan warmte-energie heeft opgenomen.
Uitdaging: plasma creëren en in stand houden
Bij kernfusie vindt er een samensmelting van atoomkernen plaats, wat gepaard gaat met de vrijgave van energie. Dit vindt bijvoorbeeld ook in de zon plaats. Een voorwaarde is dat atoomkernen dicht bij elkaar worden gebracht. Bij de experimentele kernfusiereactor van het Max-Planck-Institut für Plasmaphysik doet men dit door waterstof te verhitten tot circa 100 mln graden, waarbij het gas plasma wordt: vrij door elkaar bewegende atoomkernen en elektronen, waarin de kernen kunnen fuseren.
Het plasmamengsel dient voldoende energie op te nemen, anders houdt het plasma niet stand. Recent is het de onderzoekers voor het eerst gelukt om het plasma acht minuten in stand te houden. In die tijd absorbeerde het continu 2,7 MW aan energie, goed voor een totaal van 1,3 GJ.
Magnetische fusie door middel van Wendelstein 7-X
De Wendelstein 7-X is een zogeheten stellarator, waarin het hete plasma in vacuüm wordt opgesloten, op zijn plek gehouden door een spiraalvormig, sterk magneetveld dat wordt opgewekt door vijftig supergeleidende magneetspoelen.
Door de 'wokkel'-configuratie van een stellarator ondervinden deeltjes tijdens hun rondgang door de reactor gemiddeld steeds dezelfde magnetische veldsterkte. Daardoor is de neiging om weg te drijven naar de reactorwanden kleiner dan bij andere soorten kernfusiereactoren.
De Wendelstein 7-X is in 2015 in gebruik genomen en heeft al eens eerder een upgrade gehad. Onlangs is hij opnieuw een paar maanden uit de running geweest. In deze periode verdubbelde men het verwarmingsvermogen, onder meer door het installeren van een nieuwe, watergekoelde divertor (deze verwijdert uit het plasma de onzuiverheden die tijdens de kernfusie ontstaan).
Doel is dertig minuten ontlaadtijd
De stellarator is niet gebouwd voor een grootschalige energieproductie, maar om het ontwerp en de constructiematerialen te onderzoeken. Max-Planck-Institut wil over een paar jaar 18 GJ in het plasma brengen en een ontladingstijd van dertig minuten behalen.
Stabiel en CO2-vrij proces
Het voordeel van kernfusie is dat er geen CO2 bij vrijkomt. Kernfusie is bovendien een stabiel proces dat niet via een kettingreactie uit de hand kan lopen, wat het veiliger maakt dan kernsplijting in de huidige kerncentrales.
Tot nu toe kost het creëren, verhitten en onder controle houden van het plasma meestal meer energie dan de kernfusie oplevert. Energie winnen uit kernfusie blijft dus vooralsnog toekomstmuziek.
Bron: MPI für Plasmaphys
