Op weg naar kernfusie als energiebron heeft de Europese reactor JET een record weten te vestigen, gebruikmakend van de brandstof die straks in échte fusiecentrales het werk moet gaan doen.

59 miljoen joule. Zoveel heeft de Europese experimentele kernfusiereactor JET – de Joint European Torus – afgelopen jaar weten op te wekken in vijf seconden tijd, werd vandaag bekendgemaakt. Een record, dat goede hoop geeft voor de internationale fusiereactor ITER, die momenteel wordt gebouwd in Zuid-Frankrijk.

Lees ook:

• Wat zorgt ervoor dat de zon brandt zonder zuurstof?
• Vijf vragen over het Koreaanse kernfusierecord

Zo ITER-achtig mogelijk

Al tientallen jaren werken wetenschappers en technici toe naar kernfusie: het opwekken van energie door lichte atoomkernen samen te smelten. Dat heeft een aantal grote voordelen ten opzichte van wat er gebeurt in de huidige kerncentrales: daar worden zware atoomkernen gesplitst. Bij kernfusie is er geen kans op een meltdown à la Tsjernobyl en vormt radioactief afval een veel kleiner probleem.

Wel blijkt het nogal wat voeten in aarde te hebben om een fusiereactor te bouwen die stroom aan het net levert. Die is er dan ook voorlopig nog niet. Wel moet de internationale fusiereactor ITER zo rond 2035 als eerste ooit meer energie gaan opwekken dan hij verbruikt.

Om te zorgen dat ITER een vliegende start kan maken, zijn de ogen nu vooral gericht op JET, bij de Engelse stad Oxford. Die reactor is weliswaar een stuk kleiner, maar heeft hetzelfde ontwerp als ITER: beide zijn tokamaks, waarbij de fusiebrandstof een plasma is dat met magneten in bedwang wordt gehouden in een donut-vormige ruimte.

Bovendien is de wand van JET gemaakt van dezelfde materialen als de beoogde ITER-wand: wolfraam en beryllium. Ook op allerlei andere manieren is de reactor bij Oxford de afgelopen jaren zo ITER-achtig mogelijk gemaakt. Daardoor kunnen experimenten in JET nu ons een boel vertellen over wat er straks in ITER gebeurt.

Verpulverd record

Van belang is verder de fusiebrandstof. We weten al een tijdje dat we daarvoor zijn aangewezen op een mix van twee vormen van waterstof: deuterium en tritium. (Deuterium is waterstof met één neutron in de kern, een tritiumkern bevat twee neutronen.)

Probleem is alleen: tritium is een relatieve zeldzame, radioactieve stof. Bovendien komen bij fusiereacties tussen deuterium en tritium veel snelle neutronen vrij, die de wand radioactief maken. Daarom wordt er in het overgrote deel van de fusiereactoren geëxperimenteerd met gewoon waterstof of deuterium.

JET is echter een ander verhaal. Die reactor werd in 1991 als eerste reactor ooit gevuld met deuterium én tritium. Daarmee wist de machine vervolgens in 1997 een aantal indrukwekkende records te vestigen. Waaronder: in vijf seconden tijd 21,7 miljoen joule (megajoule of MJ) aan energie opwekken. Wat neerkomt op een vermogen van 4,4 megawatt.  

Afgelopen jaar werd dat record verpulverd, zo maakten EUROfusion en andere kernfusieorganisaties vandaag bekend. Ook weer met deuterium en tritium wist de reactor nu bijna drie keer zoveel energie en vermogen op te wekken: respectievelijk 59 megajoule en ruim 11 megawatt.

Net zoals voorspeld

In een begeleidend persbericht tonen fusiekopstukken zich erg in hun nopjes met de mijlpaal. Volgens ITER-directeur Bernard Bigot laten de resultaten bijvoorbeeld zien dat “we op het juiste spoor zitten richting volledige fusiekracht”.

Egbert Westerhof, die het fusieonderzoek aan het Nederlandse energie-instituut DIFFER leidt, benadrukt dat de resultaten “volledig in lijn liggen met de voorspelde prestaties” van de reactor. “Dat laat zien hoeveel vooruitgang fusieonderzoekers hebben geboekt bij het begrijpen van hoe plasma zich in een fusiereactor gedraagt.”

En niet alleen de ‘tokamakkers’ zijn enthousiast. Ook Thomas Klinger, wetenschappelijk directeur van Wendelstein 7-X, een concurrent van ITER met een ander ontwerp, noemt de resultaten “indrukwekkend”. “Het is uitstekend nieuws voor ITER dat een plasma met deuterium en tritium goed in stand gehouden kan worden.”

Van vijf seconden naar vijf uur

Nu klinkt vijf seconden als een korte periode – maar daar is op het moment weinig aan te doen. De magneten die JET gebruikt om het plasma in de reactor in bedwang te houden, zijn van koper – en die kunnen de vereiste hitte voor dit soort experimenten maar een paar tellen aan.

ITER wordt echter uitgerust met supergeleidende magneten die veel langer hun werk kunnen doen. En, zo zegt EUROfusion-directeur Tony Donné: “Als we fusie vijf seconden lang aan de gang kunnen houden, kunnen we dat straks ook vijf minuten of vijf uur lang.”

Het huidige record markeert overigens niet het hoogste vermogen dat ooit met fusie is opgewekt. Dat record zette JET in 1997 zelf op 16 megawatt. Addertje onder het gras daarbij is dat de fusiereacties bij dat experiment maar 0,15 seconden aanhielden. En zo’n kortstondig plasma, zo schrijft EUROfusion in een document met achtergrondinformatie, “is veel minder waardevol dan een stabiel, aanhoudend plasma voor fusieonderzoekers, ITER en toekomstige demonstratie-krachtcentrales”.

Geen break-even

Verder verbruikte ook bij het nieuwe JET-record de reactor nog meer energie dan hij produceerde. In 1997 kwam JET zelfs dichter bij break-even: het punt waarop de reactor evenveel energie oplevert als hij nodig heeft. Toen gingen er 3 joules de reactor in voor elke 2 joules die eruit kwamen, een record dat sindsdien nooit meer is verbeterd.

Maar, zo benadrukt EUROfusion: JET is er dan ook vooral om “wetenschappers in staat te stellen de processen in een ITER-achtige fusiereactor zo goed mogelijk te kunnen bestuderen en optimaliseren”. Netto vermogen opwekken: die mijlpaal is weggelegd voor ITER. En die zal dus naar verwachting nog een jaar of dertien op zich laten wachten.

Bronnen: EUROfusion, JET, DIFFER

Beeld: UKAEA

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!