Doorbraak in kernfusie brengt ongelimiteerde energie dichterbij

Doorbraak in kernfusie brengt ongelimiteerde energie dichterbij

Volgens natuurkundigen biedt de ontdekking een mogelijke weg naar “economisch aantrekkelijke fusie-energie” in de toekomst.

Natuurkundigen in de VS hebben twee grote hindernissen overwonnen bij het opwekken van fusie-energie. Hun ontdekking vergroot de stabiliteit van fusiereacties en brengt ons een stap dichter bij het realiseren van commerciële fusie-energie.

Kernfusie is een proces dat energie creëert op dezelfde manier als onze zon dat doet. Hierbij worden twee atomen met zo’n kracht tegen elkaar geslagen dat ze samensmelten tot één groter atoom, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.

In tegenstelling tot kernsplijting – de kernreactie die momenteel in de energiesector wordt gebruikt – produceert kernfusie geen radioactief afval. Het produceert drie tot vier keer meer energie dan kernsplijting en laat geen koolstofdioxide in de atmosfeer vrijkomen, in tegenstelling tot de verbranding van fossiele brandstoffen. Kernfusie is ook een zeer kwetsbaar proces dat in een fractie van een seconde stopt als de juiste omstandigheden niet worden gehandhaafd. Daarom is er bij deze reactie geen risico op een kernsmelting.

Om deze reactie te laten plaatsvinden, moeten we omstandigheden kunnen nabootsen die vergelijkbaar zijn met die van de zon, wat veel energie kost.

Bij deze superhete temperaturen bestaan atomen in een toestand die plasma wordt genoemd, wat in feite een soep is van negatief geladen elektronen en positief geladen ionen die uit elkaar zijn gereten door de extreem hete temperatuur van hun omgeving.

Deze positief geladen ionen stoten elkaar normaal gesproken af, maar in de zon wordt door de intense zwaartekracht een hoge druk gecreëerd die de ionen naar elkaar toe stuwt en deze afstoting overwint. Op aarde is het echter bijna onmogelijk om dit na te bootsen, dus moet het plasma nog meer verhit worden, tot temperaturen die ruwweg zes keer heter zijn dan het centrum van de zon.

De afgelopen jaren hebben we een aantal ongelooflijke doorbraken gezien op het gebied van fusie-energie, waaronder het verkrijgen van meer energie uit de reactie dan we erin stoppen. Maar we zijn nog ver verwijderd van een commerciële fusie-energiebron.

Eén manier om de energiebehoefte van dit proces te verlagen is door de dichtheid van het plasma te verhogen, zodat de positief geladen waterstofdeeltjes dichter bij elkaar komen te zitten. Het enige probleem is dat als de deeltjes steeds dichter op elkaar geperst worden, het steeds moeilijker wordt om ze in bedwang te houden, waardoor de reactie erg onstabiel wordt.

Nieuw onderzoek van de DIII-D National Fusion Facility in San Diego, samen met medewerkers in China, heeft echter aangetoond dat deze systemen met hoge dichtheid wel degelijk gedurende een redelijke tijd in stand kunnen worden gehouden.

Het team voerde hun experimenten uit in een apparaat dat een tokamak wordt genoemd, een donutvormig apparaat dat supersterke magneten gebruikt om het plasma in een dichte ring te houden. Door extra magneten en extra waterstofbrandstof te gebruiken, toonde het team aan dat het mogelijk was om historische voorspellingen voor de maximale dichtheid in een reactor (bekend als de Greenwald-limiet) te overtreffen en tegelijkertijd een constante reactie gedurende 2,2 seconden te handhaven, wat voor fusiestandaarden behoorlijk lang is.

De onderzoekers schrijven dat hun bevindingen de haalbaarheid van hogere dichtheden in fusiereactoren aantonen en “een potentiële weg openen naar een werkingspunt voor het produceren van economisch aantrekkelijke fusie-energie”.