Een flitslamp zo helder als de zon

Amerikanen denken een alternatieve vorm van kernfusie aan de praat te hebben. Belangrijkste ingrediënten: wolfraamdraad en waterstofbommen van het formaat fietskogeltje....

Door Martijn van Calmthout

Als de wereld niet heel andere dingen aan het hoofd had gehad, afgelopen maandag, had het groot nieuws kunnen zijn: aanwijzingen voor kernfusie in Albuquerque. Daar, in het beroemde wapen- en energielab Sandia National Laboratories in de woestijn van New Mexico, is de laatste maanden met een helse machine nu en dan een druppel zwaar waterstof (deuterium) zo sterk samengeperst dat er kernfusie in optreedt.

Althans, vertelde projectleider Ray Leeper van het laboratorium op 7 april op de traditionele voorjaarsbijeenkomst van de American Physical Society in Philadelphia, daar zijn sterke experimentele aanwijzingen voor. In proeven werden vloedgolven van miljarden neutronen aangetoond, doorgaans een teken dat er atoomkernen versmelten, zoals dat ook in de zon gebeurt.

Hoofdpodium in die proeven is de zogeheten Z-pinch of Z-machine van Sandia. Dat is een cirkelvormig apparaat met een doorsnee van 40 meter, waarin een onvoorstelbare hoeveelheid elektriciteit in één klap naar een kleine cilinder van wolfraamdraadjes in het centrum kan worden geleid. Die verdampen door de stroomstoot waarna de damp door een zeer intense puls röntgenstraling naar het centrum van de machine wordt gezogen. Het record is een pulsvermogen van 160 triljoen watt, 30 maal meer dan het vermogen van alle elektriciteitscentrales ter wereld.

Het geheel lijkt nog het meest op een ouderwets flitslampje waarin een stroomstoot uit een opgeladen condensator een dun wolfraamdraadje deed verdampen, waarbij licht in een flits vrijkwam. Bij de Z-machine gaat het niet om zichtbaar licht, maar om röntgenstralen.

Dergelijke installaties zijn bedacht om de omstandigheden van een kernexplosie na te bootsen, uiteraard voor wapenonderzoek maar zonder dat er echt atoombommen tot ontploffing worden gebracht. Die zijn namelijk, bovengronds en ondergronds, sinds 1963 verboden in het kernstopverdrag.

De ironie wil dat men zich gaandeweg is gaan realiseren dat die intense energiepulsen ook te gebruiken zijn om waterstofbommen te ontsteken.

Een deuteriumgevulde capsule van het formaat fietskogeltje, precies centraal opgehangen in de wolfraamdraad-cilinder, is er zo sterk mee in elkaar te persen en te verhitten dat de kernen wel willen versmelten. Waarna er een explosie van energie optreedt, alsof er een piepkleine waterstofbom afgaat. Met de hitte daarvan is stroom op te wekken.

Op die manier lijkt dergelijke implosiefusie een tweede weg naar betrekkelijk schone energievoorziening, zonder langstralend radioactief afval en met een bijna eindeloze voorraad brandstof: deuterium uit zeewater. Bekender is de fusietechniek waarbij een gas van atoomkernen wordt verhit terwijl het is opgesloten in een ringvormig magneetveld, de tokamak. Crux daarbij is of de fusiereactie meer energie kan leveren dan nodig is om zichzelf in stand te houden.

Zover is het bij Sandia nog in de verste verte niet, zegt dr. Sergej Lebedev van Imperial College in Londen, een van de weinige Europese experts op het gebied van implosie-fusie.

'Men ziet neutronen en kan ook eindelijk aantonen dat ze uit het deuteriumgas moeten komen. Maar van energieproductie is nog geen spoor.'

Lebedev, een Rus die zeven jaar geleden uit Novosibirsk overkwam naar Londen, noemt de meldingen uit Sandia niettemin een heuse doorbraak. 'Dit is het eerste bewijs dat je met een Z-pinch echt fusie kunt opwekken. Tot nog toe geloofde bijna niemand dat dat kon, vooral doordat het perfecte timing en symmetrie vereist. Daarvoor leken lasers altijd nog beter geschikt dan zo'n Z-machine als in Albuquerque.'

De bekendmaking van het Sandia-team komt niet helemaal op een toevallig moment, vermoedt dr. Tony Donné van het FOM-instituut Rijnhuizen, die als magneetfusie-expert gedetacheerd is bij Europese fusie-onderzoekscentrum in Jülich. Afgelopen voorjaar meldde de regering Bush dat Amerika weer gaat meedoen aan de bouw van de internationale ITER-kernfusiereactor, een research-tokamak die evenveel energie moet produceren als erin wordt gestopt. Daarmee is een Amerikaanse inbreng van zeker een half miljard euro gemoeid.

'En dat is geld dat tot nog toe naar de implosiefusie ging, zowel met Z-machines als lasers', zegt Donné, die als adviseur voor ITER werkt. 'Het kan natuurlijk geen kwaad op zo'n moment met een doorbraak op de proppen te komen. In dat opzicht weet je het maar nooit met die Amerikanen.'

Volgens Donné is en blijft implosiefusie te onpraktisch om echt energie op te wekken. Daarvoor moet steeds opnieuw met ijzige precisie een deuteriumcapsule in de machine worden geplaatst. 'Een enkele puls na weken voorbereiding is nog wel te doen, maar niemand weet hoe je zoiets in een razend tempo moet doen. Het is echt science fiction.' Bovendien, zegt Donné, geeft de verwevenheid met het wapenonderzoek velen in de fusiewereld een ongemakkelijk gevoel.

Maar implosiefusie-deskundige Lebedev in Londen ziet het minder somber in. Van een pr-stunt van Sandia gelooft hij bijvoorbeeld niet zoveel. Al was het maar omdat een aanzienlijk deel van het onderzoek rond de Z-machine door het ministerie van defensie (DOD) wordt betaald, terwijl het ITER-geld van het energieministerie DOE zal komen.

Op termijn van twintig, dertig jaar, schat hij, kunnen veel technische hobbels genomen worden. 'Wat dat betreft zou ik ook niet blind varen op het optimisme van de ITER-mensen. Het is niet gezegd dat dat een succes wordt. Als ik de Amerikanen was, zette ik gewoon in op beide lijnen.'

Sterker, zegt de Rus vanuit Londen, Z-pinch is al een duidelijke stap in de richting van reguliere energieproductie met implosiefusie. Laserinstallaties als NIF moeten zo'n tienmaal per seconde vuren om het vermogen overeind te houden. Voor de Z-pinch volstaat, is al eens uitgerekend, een thermonucleaire mini-explosie elke 20 seconden.

Lebedev: 'Per minuut drie targets plaatsen en vuren, kan ik me nog wel enigszins indenken. Het is de laserfusie die het nu moeilijk gaat krijgen, want tien keer per seconde gaat echt niet.'

Meer over