Kernfusie gaat op een lager pitje

De ambitieuze nieuwe kernfusiereactor ITER lijkt nu echt van de baan. Wereldwijd woedt een strijd over de vraag hoe het verder moet met onderzoek dat op termijn de energievoorziening zou kunnen garanderen....

TWEE, DRIE jaar geleden leek er nog geen vuiltje aan de lucht voor wie in kernfusie geloofde als energiebron van de toekomst. Rond 2010 zou ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in bedrijf komen, een kolossale ring waarin sterke magneetvelden een gas in bedwang houden dat energie levert door het versmelten van lichte atoomkernen, zoals in de zon gebeurt. In die machine - kosten zeker zesenhalf miljard dollar - zou voor het eerst gedurende langere tijd veel meer energie worden opgewekt dan nodig is om de fusiereacties op gang te houden.

Europa, de Verenigde Staten, Japan en Rusland zouden tientallen jaren ervaring inbrengen. En hooguit kon de locatie van het prestigeproject nog een politieke twistappel worden.

Maar de droom is vervlogen en er lijkt eerder sprake van een internationale loopgravenoorlog dan een eensgezinde onderneming. Deze week tekenden in Wenen de leden van de ITER-council namens Europa, de VS, Japan en Rusland een contract voor drie extra jaren voorbereiding. En wat wordt voorbereid is niet het peperdure bakbeest van ruim duizend megawatt dat de ITER had moeten worden, maar van ITER-lite, een kleiner en vooral: veel goedkoper apparaat.

Tegelijk woedt in de media de woordenstrijd over hoe het verder moet met het internationale kernfusie-onderzoek. Japan is gedompeld in een zware economische crisis en heeft geen geld voor het monsterproject. De Japanners zoeken daarom naar uitstel. Rusland heeft geen geld, maar is bereid aan alles zijn kennis te lenen. Alleen de Europeanen pleiten nog steeds min of meer eensgezind voor de bouw van de volledige ITER.

Maar met name de Amerikaanse deelname lijkt hopeloos verscheurd. Enerzijds vrezen de onderzoekers aan fusie in magnetisch opgesloten plasma's, de klassieke techniek, dat ITER hun eigen researchbudget wegvreet. Zij pleiten daarom al jaren uit puur lijfsbehoud stelselmatig voor steeds maar meer wetenschappelijk detailonderzoek op hun eigen terrein.

Bovendien: tweederde van het Amerikaanse fusiebudget - momenteel zo'n 655 miljoen dollar per jaar - wordt besteed aan laserfusie, een nieuwere techniek waarbij kernfusie in kleine bolletjes deuterium - zwaar waterstof - op gang wordt gebracht met kolossale lasers. Tegenstanders karakteriseren deze onderneming als wapenresearch, een voortzetting van Ronald Reagans Star Wars-programma onder het mom van energie-onderzoek. Terecht of niet, de laserfusie-wereld in de VS heeft zeker geen baat bij deelname aan de magnetische fusiereactor ITER.

ITER-lite wordt volgens in april opgestelde ontwerprichtlijnen eveneens een magnetische fusiereactor, die misschien 750 megawatt kan halen. Het plasma van atoomkernen en elektronen waarin onder immense druk en temperatuur waterstof-, deuterium- of tritiumkernen tot helium versmelten, wordt opgesloten in een donut-vormig, krachtig magneetveld. Had deze torus in ITER nog een diameter van 16,2 meter moeten krijgen, in ITER-lite zal dat hooguit 12 meter zijn. Wekten in ITER supergeleidende spoelen het magneetveld op, in de lite worden dat mogelijk gewone diepgekoelde koperspoelen.

'Voor het fundamentele plasmaonderzoek, zoals wij dat hier doen, is er niet zoveel verloren met een wat kleinere nieuwe reactor', zegt directeur prof. dr. Chris Schüller van het FOM-instituut voor plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein.

In de lite, die volgens de richtlijnen vier miljard dollar mag kosten, moet wel zogenoemde ontsteking worden bereikt: een toestand waarin het fuserende plasma zoveel energie loslaat dat het zelf de omstandigheden voor fusie in stand houdt, in elk geval minuten lang.

Toch is Rijnhuizen-directeur Schüller geen tevreden mens. 'ITER-lite levert fors in op technologie-onderzoek. En juist dat aspect stond al op achterstand, in vergelijking met de wetenschap.'

Een van de belangrijkste vraagtekens is hoe de materialen in een continu draaiende fusiereactor reageren op de helse omstandigheden. Met name het aanhoudende bombardement met neutronen lijkt een probleem, omdat het veel metalen bros maakt. Juist daaraan is nog maar relatief weinig onderzoek mogelijk geweest, omdat er nog nooit fusiereacties zijn gerealiseerd die langer dan seconden duurden (zie kader).

B ESLIST is er nog niets, maar Schüller verwacht dat de keuze voor ITER-lite zal gaan betekenen dat er - al dan niet deels overlappend - een tweede kleinere fusiereactor zal worden gebouwd, waarin de nodige materiaalstudies kunnen worden uitgevoerd. Maar van zo'n ITER-tech is vooralsnog zelfs geen schets beschikbaar, erkent hij.

Het is niet voorstelbaar dat daarna meteen de stap wordt gezet naar de eerste echte, commerciële kernfusiecentrale. Eerst zal de integratie van de fysica en de technologie moeten worden getest in een reactor die toch zo groot zal moeten zijn als de oorspronkelijke ITER. Pas daarna zou kernfusie praktisch inzetbaar kunnen zijn.

Schüller: 'Op zichzelf is de huidige drie jaar uitstel niet zo erg. Dat geeft de fysici nog wat meer tijd om de puntjes op de i te zetten en tegelijk kan al een deel van het ontwerpwerk gedetailleerder worden voorbereid.

'Het punt is meer dat door de nieuwe tussenstap van ITER-lite het nog eens minimaal vijftien jaar langer kan duren voor de echte demonstratiereactor draait. De fusiewereld is lang verweten dat ze al veertig jaar zegt over veertig jaar klaar te zijn. Ik ben bang dat dit verwijt terecht begint te worden en dat maakt politiek geen goede indruk. En het is de maar vraag of de fossiele energie al die vertragingen kan opvangen.'

Bovendien gonst het in de wandelgangen van de alternatieve scenario's. Als de verdeelde Amerikanen zo tegenstribbelen, is het dan niet verstandiger de ITER-lite gewoon als Europees project uit te voeren? En moet een eventueel volgende ITER-tech dan maar in Japan komen, als dat land - altijd een voorstander van fusie geweest - weer wat uit het dal is? Of moet er parallel aan ITER-lite een krachtige neutronenbron worden gebouwd om materiaalonderzoek te doen, zonder dat er een hele fusiereactor bij nodig is? Vragen zijn er genoeg, antwoorden nog niet één.

Martijn van Calmthout

Meer over