Een cruciaal systeem voor de grote kernfusiereactor ITER is klaar voor installatie: het enorme supergeleidende magneetsysteem dat het plasma bij de wanden gaat weghouden.


Dat maakte de ITER-organisatie deze week bekend. ITER is het megaproject waarin meer dan dertig landen samenwerken aan de ontwikkeling en de bouw van de eerste kernfusiereactor die meer energie oplevert dan erin gaat. Het is al decennia bezig, en kent de nodige problemen (zie onderaan).

Hart van het magneetsysteem

Maar nu is er goed nieuws te melden: om precies te zijn is de zesde module van de Central Solenoid afgebouwd en met succes getest in de Verenigde Staten. De Central Solenoid is het hart van het magneetsysteem van de kernfusiereactor. Deze centrale elektromagneet is zo sterk (13 tesla) dat hij een vliegdekschip zou kunnen optillen, claimt ITER. Niet dat dat een nuttige toepassing is, maar het geeft een indruk van hoe krachtig de magneet is.

Plasma weghouden van binnenwand

In het ontwerp van ITER werkt de Central Solenoid samen met zes ringvormige Poloidal Field-magneten, geproduceerd door bedrijven in Europa, Rusland en China, en met een aantal D-vormige magneten. Tezamen wekken deze magneten binnenin de donutvormige reactor een magneetveld op dat het plasma weghoudt van de binnenwand van de reactor. Dat is nodig omdat plasma dat de wand zou raken twee problemen oplevert: het plasma koelt erdoor af, wat de kernfusie in gevaar kan brengen, én de binnenwand kan beschadigd raken.

Schets van de Central Solenoid binnen het hele ontwerp van de kernfusiereactor van ITER. Illustratie: ITER

Samensmelten

Bij kernfusie wordt een gas geïoniseerd, zodat het in de plasmatoestand terechtkomt. Dit plasma wordt zo heet gemaakt dat de atoomkernen die rondvliegen met elkaar samensmelten – fuseren. Die fusiereacties leveren veel energie op. Warmte, om precies te zijn, en daaruit is elektriciteit te maken. Doel van de ITER-reactor is dat uiteindelijk een energie-input van 50 megawatt ongeveer 500 megawatt op gaat leveren.

Hoofdbrekens

Het ITER-project loopt al decennia. De eerste gesprekken erover tussen de VS en de Sovjet-Unie vonden in 1985 plaats. Na jarenlang ontwerpen, testen en simuleren wordt er sinds 2010 daadwerkelijk gebouwd op een enorm terrein in Zuid-Frankrijk. Hoe kernfusie is te realiseren, is dus bekend, maar het bouwen van een betrouwbare en veilige reactor heeft nogal wat voeten in de aarde. Het is op deze schaal nog nooit gedaan, dus dat heeft geleid tot tal van technische problemen; goed beschreven in het artikel ‘De hoofdbrekens van ITER’ in De Ingenieur van oktober 2022.

Cultuurverschillen

Deze enorme ingenieursuitdagingen staan dan nog los van de klus om met duizenden technici en natuurkundigen uit meer dan dertig landen samen aan zoiets complex te werken. Niet alleen heb je dan te maken met al die cultuurverschillen op de werkvloer, maar soms ook met bedrijven op verschillende continenten die aan onderdelen werken die naadloos op elkaar moeten passen. Alle credits dat de betrokkenen de internationale samenwerking in de lucht hebben gehouden, maar dat is vragen om problemen.

Dwarsdoorsnede van de reactor van ITER. In het midden in rood en blauw de Central Solenoid. Illustratie ITER

Enorm onderzoekslaboratorium

Inmiddels denken sommigen dat er een kans is dat ITER nooit af zal komen. Dat zou jammer zijn, maar in het megaproject is tot nu toe al veel geleerd. Over materialen, over de constructie van zo’n enorme reactor, en over nieuwe maaktechnieken. ITER moeten we dan ook vooral zien als een toekomstig enorm onderzoekslaboratorium waar de meer dan dertig deelnemende landen onderzoek naar fusie kunnen doen. ‘ITER is een wetenschappelijk experiment om een brandend plasma te onderzoeken’, zei Marco de Baar, directeur van energieonderzoeksinstituut DIFFER in 2024 tegen De Ingenieur.

Internationale samenwerking

De ITER-organisatie zelf houdt in de communicatie nog gewoon de moed erin, hoe kan het ook anders. ‘Wat ITER uniek maakt is niet alleen zijn technische complexiteit, maar ook de internationale samenwerking die al verschillende politieke landschappen heeft overleefd’, zei ITER-directeur Pietro Barabaschi in een persbericht.

Nu de meeste van de onderdelen zijn of binnenkort worden geleverd, is de assemblage van de tokamak in volle gang. In april werd nog het eerste segment van het vacuümvat op zijn plek gezet. Nu is dus de centrale magneet af en klaar voor installatie.

Bedrijven

Inmiddels erkent ITER het belang van bedrijven die zelf reactoren  ontwikkelen om middels kernfusie energie te produceren (lees ook het achtergrondverhaal: ‘Kleiner is fijner’ uit De Ingenieur van februari 2024). Vorig jaar lanceerde het een project waarin fusiebedrijven hun kennis konden delen met ITER – en vice versa. Daarin gaat het onder andere over hoe je een toeleveringsketen voor materialen en onderdelen organiseert. En vorige maand hield ITER nog een workshop waarin ingenieurs van fusiebedrijven samen met ITER-technici hun tanden zetten in de technische uitdagingen die er nog liggen.

 

Openingsbeeld De zesde module van de Central Solenoid-magneet die nu af is. Illustratie ITER