In kernfusiereactor JET in Engeland, dé proeftuin voor de toekomstige grote broer ITER, hebben onderzoekers met een plasma meer energie dan ooit weten op te wekken. In vijf seconden lang kernfusie kwam 59 megajoule aan energie vrij. Goed nieuws, omdat in de testreactor zowel het plasma als de reactorwand hetzelfde zijn als bij ITER.

 

Het recordplasma werd eind december 2021 gemeten in de Joint European Torus (JET) in Culham nabij Oxford. Vijf seconden lang vond daar kernfusie plaats in een plasmamengsel van deuterium en tritium, twee isotopen van waterstof.

Daarbij kwam 59 megajoule aan energie vrij, meer dan twee keer zoveel als bij het vorige record. Het nieuws over het plasmarecord is vandaag naar buiten gebracht, tijdens een persconferentie met betrokken wetenschappers en journalisten.
 

Bemoedigend

Foto van de binnenkant van JET tijdens het
plasmarecord.

Dat het plasma vijf seconden lang bestond in de reactor van JET is om meerdere redenen bemoedigend voor het onderzoek naar kernfusie als schone energiebron, zegt Egbert Westerhof, hoofd Fusion Energy bij onderzoeksinstituut DIFFER in Eindhoven.

‘Ten eerste laat dit zien dat we beter hebben geleerd om een plasma van deuterium en tritium te beheersen, het mengsel waarop ook ITER moet gaan werken. Daarnaast heeft JET een paar jaar terug een nieuwe wand gekregen van wolfraam en beryllium (lees er meer over in dit artikel uit 2012: ‘Test binnenwand ITER geslaagd’). Omdat de wand een grote invloed heeft op het plasma, moesten we opnieuw leren met de reactor te werken. Nu we dat onder de knie hebben, geeft dat veel vertrouwen op weg naar ITER, die eenzelfde wand heeft.’

 

Donut van elf meter hoog
De ITER-reactor, in aanbouw in Zuid-Frankrijk, moet aantonen dat kernfusie geschikt is als bron van duurzame energie. In deze metalen ‘donut’ van ruim elf meter hoog, met een externe diameter van bijna twintig meter, zullen straks de processen uit het binnenste van de zon plaatsvinden. Door de enorme hitte fuseren waterstofatomen (de varianten deuterium en tritium om precies te zijn) met elkaar tot helium, een proces waarbij netto meer energie vrijkomt dan je erin stopt. Het idee is dat met de overtollige warmte van de reactor, elektriciteit wordt gemaakt. In onderzoeksreactor ITER zal dit nog niet gebeuren; pas zijn opvolger DEMO zal elektriciteit produceren. De hitte van die reactor zal dan water verhitten tot stoom, waarmee turbines en generatoren worden aangedreven. Het eerste plasma wordt in ITER in 2025 verwacht, tegen 2035 gaat hij pas draaien met een deuterium-tritium-mengsel.

 

Simulaties bij DIFFER

Op weg naar de succesvolle recordpoging was een belangrijke rol weggelegd voor simulaties van het donutvormige plasma. Omdat het mengsel nu anders was (deuterium met tritium, terwijl JET tot nu toe meestal met enkel deuterium had gewerkt), sloeg de groep van Jonathan Citrin bij DIFFER — de Integrated Modeling and Transport-groep — hard aan het rekenen.

‘Eerst hebben we onze modellen gevalideerd op referentie-scenario's met deuterium’, zegt Citrin in een interview.

‘Vervolgens hebben we onze simulaties doorgetrokken naar een deuterium-tritium-mengsel, om te zien of het voorspelde fusievermogen in overeenstemming is met de doelstellingen.’ Dat gaf zeer bemoedigende resultaten: de simulaties lieten zien dat de experimenten de beoogde doelen zouden halen. Hetgeen dus in december werd bevestigd door de recordexperimenten.
 

Nieuwsbrief
Vind je dit een leuk artikel? Abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief!

Collage van de binnenkant van JET met de nieuwe binnenwand van beryllium en wolfraam. Links is een foto van een plasma over de foto van de binnenwand heen gelegd.

 

Spoelen van koper

De duur van de fusiereacties is bij JET nog beperkt doordat deze nog ouderwetse spoelen van koper heeft. ‘Het kost te veel energie om de plasmapuls langer aan de gang te houden. Tokamaks (donutvormige reactoren, red.) met supergeleidende spoelen kunnen het plasma langer laten bestaan. ITER gaat werken met plasmapulsen van vijftien minuten (waarvan vijf minuten op maximaal vermogen van 500 megawatt, red.). Zijn opvolger DEMO van een paar uur’, zegt Westerhof.
 

Nog geen netto energieopwekking

Tijdens het record van JET wekte de proefreactor nog geen netto energie op; er moest nog meer energie worden ingestopt dan eruit kwam. Om netto energie over te houden aan de plasmareacties moet ófwel de reactor groter worden ófwel het magneetveld omhoog dat het plasma bijeenhoudt, of allebei. ‘Dat gaan we doen in ITER. Die is groter dan JET en heeft een groter magneetveld.’


Openingsbeeld: bovenaanzicht van fusiereactor JET (Joint European Torus) in Culham, Engeland. Foto UKAEA 
Overig beeldmateriaal UKAEA / Eurofusion / DIFFER