Nieuws

Wetenschappers weten met 192 lasers voor het eerst (een beetje) energie uit kernfusie te peuren

Het onderzoek naar kernfusie heeft een stap voorwaarts gemaakt: voor het eerst zijn Amerikaanse wetenschappers erin geslaagd om zogenoemd brandend plasma te creëren, waarbij een fusieproces op gang is gekomen dat netto energie oplevert.

Bard van de Weijer
Het binnenste van de opstelling in de Amerikaanse National Ignition Facility, waar met enorme lasers proeven worden gedaan met kernfusie.  Beeld Damien Jemison
Het binnenste van de opstelling in de Amerikaanse National Ignition Facility, waar met enorme lasers proeven worden gedaan met kernfusie.Beeld Damien Jemison

Kernfusie is al decennialang een belofte voor schone energie. Maar de noodzakelijke technologie blijkt lastig onder de knie te krijgen. Een van de problemen waartegen onderzoekers aanlopen, is het bereiken van de extreem hoge temperaturen en druk die nodig zijn om het fusieproces op gang te brengen en te houden.

Het draait hierbij om de brandstof, die in dit Amerikaanse onderzoek bestaat uit een piepklein beetje bevroren deuterium-tritiummengsel. Dit mengsel verandert, door de toevoer van enorme hoeveelheden energie, in een zinderend (‘brandend’) plasma van vele miljoenen graden Celsius. Daarbij versmelten de waterstofatomen in het plasma tot helium en komt ongeveer tien keer meer energie vrij dan erin wordt gestopt.

Onderzoekers van het Amerikaanse Lawrence Livermore National Laboratory hebben nu een minuscule hoeveelheid brandend plasma weten te creëren, aldus een publicatie woensdag in Nature Physics. Dit is bereikt met een techniek waarbij de binnenwanden van een capsule van ongeveer één bij een halve centimeter worden bestookt met 192 krachtige laserstralen. De energie die hierbij vrijkomt, wordt gebruikt om een nog kleiner bolletje met fusiebrandstof midden in de holte te laten imploderen. De temperatuurstijging die het gevolg is van het in elkaar klappen van de brandstof, leidt tot het brandende plasma, waarin kernfusie ontstaat.

Ongeveer acht jaar geleden is dit ook al gelukt, maar toen was de energiebalans neutraal. Nu is er ook werkelijk netto energie vrijgekomen.

null Beeld

Nog geen fusiecentrale

Hiermee is nog lang niet de basis gelegd voor een energiecentrale. Er mag dan netto energie zijn vrijgekomen uit de fusiebrandstof, de totale hoeveelheid energie die onder meer nodig is om de complexe laser-installatie te laten werken, is nog altijd veel groter dan de opbrengst. Dat zegt Egbert Westerhof, hoofd fusieonderzoek bij het Eindhovense energie-instituut Differ, die niet bij de studie betrokken is. In de meest succesvolle test kwam ongeveer 1,3 megajoule energie vrij, terwijl alleen de lasers al 1,9 megajoule verstookten.

Het procedé van de Amerikaanse onderzoekers wijkt af van dat van de experimentele fusiereactor Iter, die in Frankrijk wordt gebouwd. Bij deze reactor wordt het gloeiende plasma door krachtige magneetvelden in bedwang gehouden. Het voordeel van deze zogenoemde magnetische opsluiting is dat het plasma in principe langer in stand gehouden kan worden dan de nanoseconden van de Amerikaanse proef. Dit maakt het Iter-ontwerp in principe kansrijker voor de opwekking van energie.

Het Amerikaanse onderzoek is deels ook bedoeld voor onderzoek naar de waterstofbom. Een beter inzicht in het verloop van de fusiereactie tijdens de implosie kan wetenschappers helpen bij het simuleren van een detonatie van zo’n bom.

Opschalen

De onderzoekers in Nature zeggen niettemin dat hun procedé op te schalen is. Daarbij moet je niet per se denken aan veel grotere capsules met meer brandstof, zegt Westerhof, maar aan de frequentie waarmee een fusiereactie in de capsules tot stand komt. Nu lukt dat in de laboratoriumopstelling misschien een keer per dag, maar dat moet omhoog tot tientallen of honderden capsules per seconde. ‘Met een dagopbrengst van 10 megajoule bouw je immers geen fusiecentrale’, aldus de wetenschapper. Ter vergelijking: 10 megajoule is ongeveer eenderde van de hoeveelheid elektriciteit die een gemiddeld huishouden verbruikt. Bepaald geen triviale vervolgstap, aldus Westerhof.

Niettemin noemt hij het bereiken van een positieve energiebalans een stap voorwaarts. ‘Al moet er nog veel gebeuren voor een echte fusiereactor’, aldus de Nederlandse onderzoeker. Experts verwachten dat fusiecentrales op commerciële basis niet voor 2060 of 2070 operationeel zijn.

In de blauwe koepel is het minuscule ‘vat’ geplaatst waar 192 laserstralen op worden afgevuurd, die het kernfusieproces op gang brengen.  Beeld Damien Jemison
In de blauwe koepel is het minuscule ‘vat’ geplaatst waar 192 laserstralen op worden afgevuurd, die het kernfusieproces op gang brengen.Beeld Damien Jemison
Meer over