Waarlijk Wonderbaarlijke Wetenschap

Nieuwe mijlpalen op het gebied van kernfusie volgen elkaar nu snel op

Zicht op de doughnut. Het verhitte plasma mag de wanden niet raken, omdat de centrale dan direct smelt.

Al zestig jaar is de wetenschap bezig om te onderzoeken of het mogelijk is om door middel van kernfusie energie op te wekken. Kernfusie wordt beschouwd als een schone energievorm, omdat er geen schadelijke afvalstoffen bij vrijkomen, zoals bij de traditionele kernreactoren, die werken met kernsplitsing. Afgelopen december meldden we dat het in Duitsland voor het eerst was gelukt om een heliumplasma te produceren, waarbij gedurende een tiende van een seconde een temperatuur van ruim één miljoen ℃ werd bereikt. Vorige week lukte het in dezelfde Wendelstein 7-X fusiereactor om een waterstofplasma te creëren, waarbij gedurende een kwart seconde een temperatuur van 80 mln graden ℃ werd bereikt. Gisteren, 8 februari, lukte het Chinese natuurkundigen om een waterstofplasma te produceren met gedurende een sensationele 102 seconden lang een temperatuur van bijna 50 mln graden ℃.

Wat is kernfusie?
De zon en sterren creëren energie door kernfusie. Zo heeft de zon bijvoorbeeld een temperatuur van 15 mln ℃. Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Wanneer atomen van lichte elementen, zoals waterstof en helium, worden gefuseerd ontstaat er een surplus van energie, bij zwaardere elementen kost het juist energie.

De Wendelstein7-X kernfusie-reactor

De Wendelstein7-X kernfusie-reactor.

Het probleem bij kernfusie is de extreem hoge temperatuur die wordt bereikt. Wanneer deze hitte de wand van het reactorvat bereikt zal deze smelten. De Wendelstein 7-X reactor is een reactor van het stellarator-type, waarbij bij de recente proeven het plasma onder controle werd gehouden met magnetisme. Het plasma krijgt dan een vorm van een soort wokkel. Een ander veelgebruikt type fusiereactor is de tokamak. Hierbij wordt het plasma vastgehouden in een doughnut-vorm met behulp van grote hoeveelheden elektriciteit. In Groot-Brittannië staat een tokamak-centrale, de Joint European Torus, waar men erin geslaagd is 16 megawatt energie op te wekken, maar hiervoor was wel 25 megawatt energie nodig. Een negatieve energie-opbrengst dus.

 

 

De EAST tokamak-centrale in Hefei, Jiangsu provincie in China - foto Chinese Academie van Wetenschappen.

De EAST tokamak-centrale in Hefei, Jiangsu provincie in China – foto Chinese Academie van Wetenschappen.

Duitsland vs. China
De Chinese natuurkundigen maken gebruik van een tokamak-centrale, net zoals in Engeland dus, met de naam Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). Alhoewel de temperatuur niet zo hoog was als in de Duitse stellarator-centrale, is het veelbelovend dat de Chinezen bijna twee minuten lang een dergelijk hoge temperatuur in hun centrale onder controle wisten te houden. Dit betekent dat ze kennelijk veel beter in staat zijn om met elektriciteit een dergelijke hoge temperatuur onder controle te houden, zonder dat deze de wand van de centrale doet smelten. Uiteindelijk is deze vaardigheid essentieel om de bijna eindeloze hoeveelheid energie te produceren waar de wereld om verlegen zit.

De huidige kerncentrales produceren energie door kernsplitsing; een veel efficiëntere manier om energie te produceren dan bijvoorbeeld kolen of gas, maar met als problematische bijkomstigheid het radioactieve afval, waarvan de behandeling enorm kostbaar is. Kernfusie veroorzaakt geen afval – dat maakt het zo aantrekkelijk – maar de temperatuur die bereikt moet worden ligt veel hoger dan bij kernsplitsing: minimaal rond 12 mln ℃.

Na 101,9 seconden heeft het waterstofplasma nog steeds een temperatuur van 50 mln graden ℃ - foto Chinese Academie van Wetenschappen.

Na 101,9 seconden heeft het waterstofplasma nog steeds een temperatuur van 50 mln graden ℃ – foto Chinese Academie van Wetenschappen.

Het moet heter
Het Chinese team hoopte een temperatuur te bereiken van 100 mln ℃, maar kwamen tot de helft, wel gedurende 102 seconden. De Duitse natuurwetenschappers bereikten 80 mln ℃ gedurende slechts een kwart seconde. Om kernfusie succesvol te exploiteren heb je een temperatuur nodig die vergelijkbaar is met de kern van de zon, circa 15 mln ℃, maar omdat een fusiecentrale op 0 begint, dient deze een veel hogere temperatuur te bereiken, liefst boven 100 mln ℃. Beide recente mijlpalen tonen aan dat het realiseerbaar is om een waterstofplasma op hoge temperatuur onder controle te houden.

Het ultieme doel van het Chinese team is om in een volgende proef de 100 mln ℃ te bereiken en dit meer dan 1.000 seconden (circa 17 minuten) vol te houden, terwijl de Duitse wetenschappers verklaren dat, nu het experiment van vorige week geslaagd is, het reëel mogelijk moet zijn om in hun centrale tot 30 minuten een plasma van deze temperatuur te handhaven.

Oplossing van het milieuprobleem
Alhoewel wetenschappers denken dat het nog decennia duurt voordat een fusiecentrale op commercieel succesvolle wijze energie kan produceren, lijkt het door de succesvolle experimenten in de afgelopen twee maanden dat er een versnelling is ontstaan. Succesvolle productie van energie via kernfusie zou het CO2-probleem dat het gebruik van fossiele brandstoffen veroorzaakt voor een groot deel oplossen, met alle positieve gevolgen voor het milieu van dien.

De temperatuur in de kern van de zon is ongeveer 15 mln graden Celsius - foto NASA.

De temperatuur in de kern van de zon is ongeveer 15 mln graden Celsius – foto NASA.

Lees ook: Revolutionaire stap gezet op het gebied van kernfusie, een schone vorm van energieproductie (15 december 2015).




Aantal keren gelezen:646.

Deel dit artikel
Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedintumblrmailFacebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedintumblrmailby feather
FacebookrssFacebookrssby feather

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *