Nederland werkt mee aan rendabele kernfusie 
/3 reacties
Heter dan de zon
Bij de fusie van atoomkernen komt veel energie vrij. Maar daarvoor moet je er eerst wel een flinke hoeveelheid energie instoppen. Jaren van natuurkundig onderzoek hebben laten zien dat een plasma hiervoor de meest geschikte manier is. Dit is een mengsel van atomen waarbij alle elektronen losgeslagen zijn van de kern.
Bij het ITER-project wordt gebruik gemaakt van een mengsel van deuterium en tritium. Dat zijn gewone waterstofkernen, maar met respectievelijk één en twee neutronen in de kern.
Een grote elektrische spoel steekt door het gat van de ‘donut’ heen. Door hier een stroom doorheen te sturen, worden de deeltjes in de ‘donut’ versneld en komt een lawine van botsingen op gang, net als in een tl-buis gebeurt. Zijn de meeste deeltjes eenmaal geïoniseerd, dan is het plasma een feit. Dit plasma wordt gevangen gehouden door een tweede magneetveld, opgewekt door een spoel die als een spiraal om de ‘donut’ heen loopt.
Omdat ze allemaal positief geladen zijn, stoten de atoomkernen die met elkaar moeten fuseren elkaar af. Om ze toch te kunnen laten versmelten, moeten ze heel hard tegen elkaar aan botsen. Daarom moet de temperatuur in de tokamak enorm hoog zijn - tot honderdvijftig miljoen graden Celsius. Dan kan er hier en daar kernfusie plaatsvinden, waarbij extra energie vrijkomt. Die wordt in de vorm van warmte opgevangen, waarmee elektriciteit kan worden opgewekt.
Afvoerputje
Een plasma is van zichzelf een buitengewoon onstabiel verschijnsel. Hoewel het niet de bedoeling is dat het plasma -aan de buitenkant nog altijd goed voor zo’n tienduizend graden Celsius- in aanraking komt met de wand, kan het zo nu en dan toch gebeuren. Daarom wordt in de tokamak een mechanisme ingebouwd om deeltjes af te vangen die te dicht in de buurt van de wand komen. Die worden langs de rand van het donutvormige magneetveld naar beneden geleid, naar een soort afvoerputje, de ‘divertor’. “Dit is de plek waar deeltjes in aanraking komen met flinke platen materiaal, dat daarom tegen een stootje moet kunnen”, vertelt dr. Richard Engeln van de groep Plasma and Materials Processing van de faculteit Technische Natuurkunde. Engeln en zijn mensen onderzoeken in dit verband de interactie tussen het plasma en materialen.
Voorlopig heeft ITER koolstof op het oog voor delen van de ‘divertor’, omdat het goed de warmte kan afvoeren die het door zijn functie te verwerken krijgt. En ook stralen koolstofdeeltjes minder gemakkelijk licht uit wanneer ze aangeslagen worden. Straling is één van de mechanismen waarmee het plasma energie verliest en de fusiereactor uiteindelijk zou kunnen stoppen. Toch zal ook de koolstof in het afvoerputje wegslijten en zullen de platen regelmatig moeten worden vervangen. Dat kan dan ook zonder de reactor open te hoeven maken, want daarmee zou er radioactiviteit vrij kunnen komen.
Engeln: “Een groot nadeel van koolstof is echter dat koolstofatomen en waterstofatomen dolgraag samenklitten en bijvoorbeeld methaan vormen. Al deze gevormde stoffen zijn nadelig voor het plasma. Ze onttrekken namelijk energie aan het plasma wanneer ze weer ontleed worden. Vervuiling is in ITER sowieso een groot technisch probleem. Het eerste jaar dat ITER operationeel is (volgens planning over ongeveer tien jaar, red.), zal men naar verwachting nodig hebben om de zaak schoon te branden.”
