Wetenschappers bij het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië hebben vorig jaar met succes een zelfvoorzienende kernfusiereactie tot stand gebracht. Nu proberen zij die reactie, destijds een primeur in de onderzoekswereld, al een jaar te repliceren, voorlopig zonder succes.

De reactie was belangrijk, voornamelijk omdat het de eerste keer was dat wetenschappers een fusiereactie tot stand konden brengen die zichzelf in stand houdt. 

Kernfusie gebeurt wanneer twee lichte atoomkernen met voldoende energie worden gecombineerd om een zwaardere atoomkern te genereren. Daarbij komt een enorme hoeveelheid energie vrij. Dat is in feite wat gebeurt in de kern van de zon om energie te produceren. Door de hoge druk en temperatuur is daar genoeg energie om atoomkernen te laten samensmelten. 

Het proces op aarde repliceren is tot nu toe heel moeilijk gebleken. De zon is enorm heet en de druk is er immens, waardoor het proces daar vanzelf gebeurt. Om dat na te bootsen in het laboratorium, moet rekening worden gehouden met een groot aantal factoren. 

De immense hitte die nodig is om de reacties tot stand te doen komen en ook te houden, is immers enorm moeilijk te controleren, waardoor het wetenschappers tot nu toe nog niet is gelukt om zelfreplicerende reacties te creëren die ook effectief energie produceren. Om dat te doen, moeten ze een zogenaamde ‘ontsteking’ bereiken, een punt waarop de reactie heet genoeg wordt om zichzelf aan te drijven. 

Lawsonachtige ontstekingscriteria

In 1955 kwam de Britse fysicus John Lawson met een aantal criteria op de proppen, de zogenaamde ‘Lawsonachtige ontstekingscriteria’, om te herkennen wanneer dat punt wordt bereikt. Dat is exact waar de onderzoekers in Californië zich al meer dan tien jaar mee bezighouden. 

Vorig jaar konden zij in augustus uiteindelijk voor het eerst in de geschiedenis met succes de Lawsoncriteria bereiken. Een jaar later hebben zij daarover een studie gepubliceerd, waarin ze het experiment vergelijken met negen verschillende versies van de theorie. “Dit is de eerste keer dat we het Lawsoncriterium in het lab hebben kunnen overschrijden”, zegt de Amerikaanse fysica Annie Kritcher van het National Ignition Facility en co-auteur van de studie, tegenover de New Scientist. 

Het experiment

Om dat te doen, plaatste het team kernen van tritium en deuterium, isotopen van waterstof met respectievelijk twee en een neutronen in de kern, in een met goud beklede kamer van uranium, waarna er 192 lasers op werden afgeschoten. 

In die extreme omgeving werd een kernfusiereactie tot stand gebracht die 1,3 megajoule aan energie vrijgaf gedurende een honderdste biljoenste seconde, waarbij een vermogen van 10 biljard watt werd gegenereerd.

Maar daar houdt het verhaal niet op. Na het succesverhaal van het eerste experiment, proberen de onderzoekers het proces te repliceren. Voorlopig slagen zij er echter niet in om de Lawsoncriteria opnieuw te overschrijden. In feite lukt het hen enkel om maar de helft van de energie te produceren die in augustus 2021 werd bereikt.

En dat kan wel eens slecht nieuws betekenen voor aanhangers van kernfusie. De wetenschappers denken nu dat er een set heel specifieke condities nodig zijn om de reactie tot stand te doen komen. Als die niet worden bereikt, kan de reactie zichzelf niet onderhouden. Om commerciële kernfusie te bereiken, moet dus een manier worden gevonden om met al die miniscule factoren rekening te houden. 

Het team wil daar nu verder onderzoek naar doen. Het is immers van cruciaal belang voor kernfusiereactoren om altijd te werken, moest de wereld de zogenaamde ‘heilige graal van energie’ ooit willen gebruiken om de samenleving van stroom te voorzien. 

(mah)