ITER belooft de eerste reactor te worden die netto energie levert uit kernfusie. Maar hoe is het agressieve plasma te temmen bij de uitlaat van de kernfusiereactor? Energieonderzoeksinstituut DIFFER gaat daar een oplossing voor bedenken met extra financiering van FOM.
Kernfusie belooft een oneindige, schone energiebron te worden, met water als grondstof. Daarom bouwen de rijkste landen samen in Zuid-Frankrijk aan de eerste rendabele kernfusiereactor ITER.
Maar voor het zover is, moeten nog heel wat fundamentele en technische hordes worden genomen. Een van de grootste uitdagingen wordt nu aangepakt door FOM-instituut DIFFER in Eindhoven. Het energieonderzoeksinstituut krijgt 2,3 miljoen euro om te gaan onderzoeken hoe de extreme hitte en snelle deeltjes van binnenin de reactor voor een deel kunnen worden afgevoerd voordat ze de wand van de reactor beschadigen. In het programma ‘Taming the Flame’ worden daarvoor negen nieuwe onderzoekers aangesteld.
Gekkenwerk
Het is ook eigenlijk gekkenwerk: uit kernfusie energie halen betekent als het ware een zon op aarde creëren. Om waterstofkernen met elkaar te laten versmelten is een extreem hoge temperatuur nodig. Zo hoog, dat in de reactor een plasma heerst, een heet gas van geladen deeltjes. Magneetvelden houden dat van de wand weg; dat moet ook wel, anders zou het plasma afkoelen en de wand snel beschadigd raken.
Uitlaat
Behalve bij de uitlaat (de zogeheten divertor): die komt in direct contact met het plasma en moet daarom bestand zijn tegen enerzijds een ongekend bombardement van snelle geladen deeltjes en anderzijds een enorme hoeveelheid hitte. Geschat wordt dat op elke vierkante meter vele megawatts aan warmte terechtkomen, te vergelijken met duizenden lasbranders tegelijk. Het steeds vervangen van deze divertor is niet gewenst, want daarvoor zou een toekomstige reactor steeds stilgelegd moeten worden. En opgelet: bij de opvolgers van ITER (zoals DEMO) wordt de hittebelasting van de uitlaat nog groter.
‘Een stevige wand in de uitlaat van metaal met een hoog smeltpunt is niet voldoende om het plasma te weerstaan’, zegt prof.dr. Marco de Baar, hoofd fusieonderzoek van DIFFER. Daarom gaan de onderzoekers binnen ‘Taming the Flame’ kijken hoe ze al in het hete plasma kunnen ingrijpen, zodat de energie enigszins gecontroleerd richting wand gaat.
Plasma kalmeren
Het onderzoek krijgt grofweg twee richtingen: ten eerste het plasma kalmeren en verdunnen voordat het de wand van de divertor raakt; en ten tweede nieuwe materialen vinden voor die uitlaat. Daarbij zijn op dit moment alle ogen gericht op een exotisch concept: een wand van vloeibaar metaal, die zichzelf repareert en zo de vaste wand beschermt. Een goed idee, maar het moet nog blijken of dit in de praktijk uitvoerbaar is.
DIFFER stelt voor het vijfjarige programma zeven extra promovendi aan het twee nieuwe postdoctoraal onderzoekers. Zij gaan samen met vaste DIFFER-mensen werken aan het fusie-uitstootprobleem. Daarbij zullen ze vast en zeker gebruik maken van hun Magnum-PSI, de enige proefopstelling ter wereld die de extreme omstandigheden bij de wand van een kernfusiereactor kan nabootsen. De bedachte technieken gaan de onderzoekers testen bij bestaande (kleine) fusiereactoren in Groot-Brittannië, Duitsland en Zwitserland.
Ook anderen profiteren
Als de onderzoekers van DIFFER slagen in hun opzet, dan gaat niet alleen ITER profiteren. Ook de Duitse stellarator Wendelstein 7-X ('Dubbel getordeerd reactorvat houdt plasma stabiel') en de compacte ARC-reactor van MIT hebben een afvoer, en dus soortgelijke uitdagingen als ITER.
Meer informatie in het persbericht van DIFFER.
Openingsbeeld: impressie van een fusiereactor. Magneetvelden houden het plasma (geladen gas) van waterstofdeeltjes van 150 miljoen graden van de reactorwand. Onderin de machine leiden de magneetvelden het plasma (daar tienduizenden graden) naar de divertor om het reactieproduct (helium) af te kunnen voeren. Illustratie EUROfusion
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.