Kernfusie: Amerikanen realiseren met “brandend plasma” grote doorbraak

Amerikaanse natuurkundigen hebben bevestigd dat zij vorig jaar een stadium van kernfusie hebben bereikt dat “brandend plasma” wordt genoemd. Brandend plasma treedt op wanneer fusiereacties de dominante bron van verwarming in het proces worden, in plaats van energie die van buitenaf wordt aangevoerd. Dit resultaat van een experiment, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature en opgepikt door de BBC, geldt als een belangrijke doorbraak in het onderzoek naar kernfusie.

Waarom is dit belangrijk?

Er wordt al lange tijd geprobeerd de code van kernfusie te kraken omdat het een onbeperkte bron van schone energie zou opleveren.

Brandend plasma dat zichzelf verhit door kernfusie werd een fractie van een seconde lang waargenomen bij experimenten in de National Ignition Facility (NIF) in Californië. Dat schrijft NRC.

Probleem

‘Gewone’ kernenergie berust op een proces dat splijting wordt genoemd, waarbij een zwaar chemisch element wordt gesplitst om lichtere elementen te produceren. Fusie werkt door twee lichte elementen te combineren om een zwaarder element te maken.

Onderzoekers werken al sinds de jaren 1950 aan het kernfusieprobleem. Het proces drijft ook de zon aan, en om het hier te verwezenlijken wordt het wel eens vergeleken met de bouw van een ster op aarde. Maar het is moeilijk gebleken om van kernfusie een commercieel levensvatbare energiebron te maken.

De reacties op gang brengen is overigens niet het probleem; de kunst is om meer energie uit het fusieproces te halen dan je erin stopt.

192 laserstralen

Dit heeft het NIF dus bereikt door met de meest energierijke laser ter wereld waterstofbrandstof in een capsule te verhitten en samen te persen.

Concreet worden de 192 stralen van deze laser gericht op een capsule van ongeveer één bij een halve centimeter (de grootte van een peperkorrel) met daarin deuterium en tritium, twee verschillende vormen van het element waterstof.

Hierdoor wordt de brandstof samengeperst “tot 100 maal de dichtheid van lood, en verhit tot 100 miljoen graden Celsius; heter dan het centrum van de zon”, weet de BBC.

Door het doelwit op deze manier te verhitten, ontstaat een elektrisch geladen gas dat plasma wordt genoemd. In het plasma worden elektrondeeltjes uit atomen gehaald, waarna de atoomkernen overblijven. Deze kunnen samensmelten en daarbij energie opwekken.

Energieopwekking

Wanneer de fusiereacties de dominante bron van verhitting in het plasma worden, in plaats van de laserenergie die nodig is om het proces op gang te brengen, levert de hitte de energie voor nog meer fusie.

Maar zelfs wanneer brandend plasma wordt bereikt, gaat er nog energie verloren bij het proces. Dit is een van de laatste resterende obstakels voor een breder doel van zelfvoorzienende energieproductie daadwerkelijk kan verwezenlijkt worden.

Toch is Egbert Westerhof, hoofd fusieonderzoek bij het Eindhovense energie-instituut Differ en niet betrokken bij het experiment, erg enthousiast over het resultaat. “Ze hebben bereikt dat de reactie niet alleen een gevolg is van de energie die er van buiten ingestopt wordt. De energie die door de fusie opgewekt wordt draagt ook bij”, laat hij optekenen door NRC.

Kernwapens

Het doel van het NIF-experiment bleek overigens niet energieopwekking te zijn. “In de hele publicatie komt het woord energieopwekking niet voor”, stipt kernfusieonderzoeker Niek Lopes Cardozo van de Technische Universiteit Eindhoven aan in NRC.

NIF-onderzoeker Steven Ross bevestigt die observatie: “Deze experimenten zijn ontworpen om materialen te produceren bij extreme temperaturen en dichtheden die van nature niet op aarde voorkomen. Dit om de omstandigheden die je vindt in kernwapens, sterren en andere astrofysische verschijnselen te onderzoeken.”

(ns)

Meer
Markten
Mijn Volglijst
Markten
BEL20