Nieuw energierecord geeft kernfusieonderzoek vertrouwen


Atomen splitsen hebben we al onder de knie, ze laten samensmelten is lastiger. In een onderzoeksreactor in Engeland is het onlangs gelukt met een recordproductie aan fusie-energie. Een geslaagde repetitie voor het échte werk straks in de kolossale Iter-reactor in Zuid-Frankrijk.


Op 21 december was het Engelse plaatsje Culham, iets ten zuiden van Oxford, heel even de heetste plek in ons zonnestelsel. De temperatuur liep er op tot liefst 150 miljoen graden, 10 keer hoger dan in het centrum van de zon. De hittepiek duurde maar vijf seconden. Daarna viel de temperatuur weer terug tot aardse niveaus.

Tijdens die korte tijdsspanne had de Joint European Torus (Jet), de fusiereactor die heel even de zon van haar troon had gestoten, 59 megajoule aan fusie-energie geproduceerd, een wereldrecord. Daarmee werd het vorige record uit 1997 met bijna een factor drie verbeterd. Toen werd in Culham 22 megajoule gehaald. Ter verduidelijking: 59 megajoule komt ongeveer overeen met wat driehonderd laptops in een uur samen verbruiken. Voor de productie van de energie had Jet bovendien slechts 0,17 milligram fusiebrandstof nodig – tien miljoen keer minder dan bij een fossiele verbranding van steenkool of gas.


Mijlpaal

Het nieuwe record brengt kernfusie, de decenniaoude droom van een onuitputtelijke, veilige, emissievrije energiebron zonder langlevend radioactief afval, weer een stapje dichterbij. Toch als we Eurofusion mogen geloven, het pan-Europese samenwerkingsverband voor fusieonderzoek. Vandaag noemt de organisatie in een persbericht het record dat eind vorig jaar werd behaald een mijlpaal. ‘Het is de sterkste demonstratie van het potentieel van kernfusie in een kwarteeuw’, klinkt het. Al zullen critici tegenwerpen dat een grootschalige stroom producerende fusiecentrale nog lang niet voor morgen is.

Het energierecord is een opsteker voor Iter, de experimentele kernfusiereactor die de wereld (of toch de belangrijkste industrielanden) in Zuid-Frankrijk bouwt. ‘Op dit energieniveau bewijst een ononderbroken fusiereactie (ook al duurde die maar vijf seconden, red.) dat we op de juiste weg zitten om straks met Iter de haalbaarheid van kernfusie op grote schaal te kunnen demonstreren’, aldus Iter-baas Bernard Bigot in het persbericht van Eurofusion.


Donutvormige reactor

Jet, die meer een Europese dan Britse reactor is, kan als de kleinschalige voorloper van Iter worden gezien. Het is een zogeheten tokamak, een donutvormige reactor waarin magnetische velden een plasma gevangenhouden – een volledig geïoniseerd gas. Het plasma waarmee in de Jet-reactor het nieuwe en ook het vorige record werden bereikt, bestaat uit deuterium en tritium. Dat zijn twee vormen (isotopen) van waterstof met respectievelijk één en twee extra neutronen in de atoomkern. Van alle isotopen in de natuur is een fusiereactie tussen deuterium en tritium het ‘makkelijkst’ te realiseren – lees: ze vindt ‘al’ plaats bij een honderdtal miljoen graden. Als een deuterium- en een tritiumkern samensmelten vormen ze een heliumkern plus een vrij neutron. Deze fusieproducten verhitten vervolgens de reactorwand.

Met de laatste experimenten heeft Jet zijn limieten bereikt. ‘De reactor is niet uitgerust om een dergelijk fusieplasma langer dan vijf seconden in gang te houden’, zegt Jef Ongena, plasmafysicus aan de Koninklijke Militaire School en betrokken bij de experimenten in Jet. ‘Maar tijdens die volledige tijdsspanne “brandde” het plasma wel min of meer op hetzelfde energieniveau en bleef het ook heel stabiel. Het toont aan dat we het proces beheersen.’

Dat biedt goede hoop dat het plasma in de veel grotere Iter-reactor veel langer onder controle zal kunnen worden gehouden. ‘De eerstvolgende mijlpaal is tien minuten, daarna gaan we voor uren en uiteindelijk voor een non-stop fusiereactie.’ De Zuid-Franse fusiereactor zal een fusievermogen van 500 megawatt hebben, vijftig keer meer dan Jet. Daarbij zal er tien keer meer warmte worden geproduceerd dan nodig is om de fusie in gang te zetten.

Iter zal pas gereed zijn eind 2025, maar op de eerste echte fusiereacties is het nog wachten tot het volgende decennium. Er zal geen kilowatt stroom worden opgewekt, want het blijft een experimentele reactor. Een fusiecentrale die stroom kan produceren, wordt pas na 2050 verwacht. Tenminste als ook Iter straks de verwachtingen waarmaakt en het energierecord van Jet van de tabellen veegt.


DS, 09-02-2022 (Senne Starckx)