Afgelopen week lukte het onderzoekers van het Max-Planck-Institut in het Duitse Greifswald een waterstofplasma acht minuten in stand te houden, en het in die tijd 1,3 gigajoule aan warmte-energie te laten opnemen. Het betekent dat de verbouwing van de zogeheten ‘stellarator’ goed heeft uitgepakt.

 

Kernfusie behoort al decennia tot een veelbelovende manier om energie op te wekken. Dit gebeurt door atoomkernen te laten samensmelten, net als in de zon.

Hiervoor moeten die atoomkernen eerst dicht bij elkaar worden gebracht. Dat wil men bij de experimentele kernfusiereactor van het Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in het Duitse Greifswald doen door waterstof te verhitten tot een temperatuur van zo’n honderd miljoen graden. Hierdoor verandert het mengsel van een gas in een plasma: een verzameling vrij door elkaar bewegende atoomkernen en elektronen, waarin de kernen kunnen fuseren.

Een van de grote uitdagingen hierbij is het plasmamengsel voldoende energie te laten opnemen, zodat het als plasma in stand blijft. Daarin hebben de onderzoekers nu een nieuwe mijlpaal bereikt, schrijft het onderzoeksinstituut op zijn website. Vorige week is het ze voor het eerst gelukt het plasma acht minuten in stand te houden. In die tijd nam het continu 2,7 megawatt aan energie op – waarmee het totaal op 1,3 gigajoule komt.

 

Stellarator

 De Wendelstein 7-X is een zogeheten stellarator: hierin wordt het hete plasma in vacuüm opgesloten, op zijn plek gehouden door een spiraalvormig, sterk magneetveld dat wordt opgewekt door vijftig supergeleidende magneetspoelen. Meer hierover lees je in onze eerdere artikelen, in het januarinummer van de Ingenieur van 2014 en in het aprilnummer van De Ingenieur van 2016.

Door de 'wokkel'-configuratie van een stellarator ondervinden deeltjes tijdens hun rondgang door de reactor gemiddeld steeds dezelfde magnetische veldsterkte. Daardoor is de neiging om weg te drijven naar de reactorwanden kleiner dan bij andere soorten kernfusiereactoren. Credits: Max-Planck-Institut, CC-BY-3.0

De Wendelstein 7-X is in 2015 in gebruik genomen en heeft al eens eerder een upgrade gehad.

Onlangs is hij opnieuw een paar maanden uit de running geweest. In deze periode is het verwarmingsvermogen verdubbeld, onder meer door het installeren van een nieuwe, watergekoelde divertor (het onderdeel dat onzuiverheden die tijdens de kernfusie ontstaan uit het plasma verwijdert). Dat blijkt nu dus zijn vruchten af te werpen.

 

Dertig minuten

De stellarator is niet gebouwd om uiteindelijk op grote schaal energie te gaan produceren, maar om het ontwerp en de constructiematerialen te onderzoeken. Het doel van het Max-Planck-Institut is om over een paar jaar achttien gigajoule in het plasma te brengen en een ontladingstijd van dertig minuten te behalen.

 

Toekomstmuziek

Het voordeel van kernfusie is dat er geen CO2 bij vrijkomt. Kernfusie is bovendien een stabiel proces dat niet via een kettingreactie uit de hand kan lopen, wat het veiliger maakt dan kernsplijting in de huidige kerncentrales.

Energie winnen uit kernfusie is vooralsnog echter toekomstmuziek. Tot nu toe kost het creëren, verhitten en onder controle houden van het plasma meestal meer energie dan de kernfusie oplevert.  

Pas afgelopen december leverde kernfusie voor het eerst meer energie dan nodig was om het plasma met laserstralen te verhitten. Hiervoor werd 2,05 megajoule aan energie door middel van laserstralen aan een plasma toegevoegd, en leverden de kernfusiereacties vervolgens 3,15 megajoule op. Wel moesten de onderzoekers in totaal 300 megajoule aan het elektriciteitsnet onttrekken om de laserstralen te kunnen afvuren.

 

Openingsbeeld: MPI für Plasmaphysik / Jan Hosan