Om een klimaatneutrale samenleving te creëren kijken veel wetenschappers in de richting van kernfusie. Ze zijn al decennia bezig met onderzoek naar deze manier van energieopwekking. Dat zou nu wel eens in een stroomversnelling kunnen terechtkomen dankzij de experimentele kernfusiereactor Wendelstein 7-X.

Volgens een recent onderzoek dat is gepubliceerd in het tijdschrift Nature heeft Wendelstein 7-X zojuist een belangrijke stap gezet in de richting van schone, ongelimiteerde energie door gebruik te maken van de kracht van atoomfusie.

Wat is een stellarator?

Wendelstein 7-X is een zogenaamde stellarator. Stellarators onderscheiden zich van de meer conventionele, symmetrisch gebouwde fusiereactoren doordat hun installaties gebruikmaken van complexere geometrische structuren met meer bochten.

Het doel is wel hetzelfde als de andere kernfusiereactoren: omstandigheden creëren die overeenstemmen met wat er zich afspeelt binnen de kern van de zon. Dat gebeurt door plasmastromen te onderwerpen aan onvoorstelbare hoge druk- en temperatuurniveaus, waardoor atomen geen andere keuze hebben dan op elkaar te botsen en met elkaar te versmelten, en daarbij ongekende hoeveelheden bruikbare energie te produceren.

Wendelstein 7-X maakt daarvoor gebruik van een reeks van 50 supergeleidende magnetische spoelen om het plasma op zijn plaats te houden, terwijl het in een lus rond een spiraalvormige kamer wordt geleid.

In 2018 braken natuurkundigen die aan dit project werkten nieuwe energiedichtheidsrecords. De baanbrekende experimenten verwarmden het plasma tot extreem hoge temperaturen van 20 miljoen graden celsius ( 36 miljoen °F ), veel hoger dan de temperaturen van de zon, zo’n 15 miljoen graden celsius ( 27 miljoen °F). De Wendelstein 7-X zou in staat zijn nog hogere temperaturen te bereiken.

De techniek achter deze geavanceerde technologie was erop gericht een obstakel weg te nemen die eigen is aan stellarators: een soort warmteverlies dat ‘neoklassiek transport’ wordt genoemd. Dat gebeurt wanneer botsingen tussen verhitte deeltjes sommige andere deeltjes uit hun juiste baan duwen, waardoor sommige uit het magnetische veld dwalen. In de Wendelstein 7-X werd de magnetische veldkooi speciaal ontworpen om dat te voorkomen.

Twee keer zo warm als de kern van de zon

Om te bevestigen dat de techniek goed werkte, voerden wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) en het Max Planck Institute for Plasma Physics een nieuwe evaluatie uit van de experimenten met de stellarator. De diagnostische gegevens die daarbij werden verzameld toonden aan dat er een aanzienlijke daling van het neoklassieke transport was.

Dit betekent dat de hoge temperaturen waarvan de natuurkundigen getuige waren, niet mogelijk zouden zijn geweest als het warmteverlies had plaatsgevonden. De magnetische veldkooi werkte dus.

“Dit toonde aan dat de geoptimaliseerde vorm van de W7-X het neoklassieke transport verminderde en noodzakelijk was voor de prestaties die in de W7-X-experimenten werden gezien,” zei Novimir Pablant, een fysicus bij PPPL, in een rapport van New Atlas. “Het was een manier om te laten zien hoe belangrijk de optimalisatie was.”

Dit experiment heeft zo bewezen dat de Wendelstein 7-X fysiek in staat is hitte op te sluiten die kan oplopen tot temperaturen die twee keer zo hoog zijn als die in de kern van de zon. Maar er is nog veel werk aan de winkel, zoals het aanpakken van andere vervelende problemen met warmteverlies.

In 2022 zullen meer experimenten plaatsvinden, waaronder een nieuw waterkoelsysteem dat langere experimenten mogelijk maakt. Voorlopig blijft kernfusie in de running als instrument voor een propere toekomst.

Lees ook:

• Kernfusie: Amerikaans lab vestigt indrukwekkend nieuw record
• China vestigt nieuw wereldrecord op het gebied van kernfusie
• Waarom de energietoekomst er rooskleuriger zou uitzien met kernfusie

(evb)