Wetenschappers bij de Universiteit van Osaka in Japan hebben lasers gebruikt om in het laboratorium magnetische condities te creëren die lijken op die aan de oppervlakte van de zon. De technologie zou gebruikt kunnen worden om werkende kernfusiereactoren een stapje dichterbij te brengen.

Tijdens het experiment, dat uitgevoerd werd bij het Institute of Laser Engineering, een departement van de Universiteit van Osaka, werd een krachtige laser, de Gekko XII, gebruikt om een klein stuk plastic dat zich bovenop een magneet met een zwak magnetisch veld bevond, te bestralen. De laserstraal werd voor 500 picoseconden afgeschoten, ofwel twee miljardste van een seconde. 

Daarbij ontstond een hoogenergetisch plasma, dat het bestaande zwakke magnetische veld van de magneet vervormt. Daarbij ontstaat een situatie die bekend staat als een ‘zuivere elektronenuitstroom’, een fenomeen dat sterk lijkt op wat er zich in de magnetosfeer van de aarde afspeelt.

Geomagnetische stormen

Dat fenomeen speelt volgens de wetenschappers een belangrijke rol bij andere, veel grotere astrofysische fenomenen, zoals geomagnetische stormen aan het zonneoppervlak. Op zulke grote schaal, creëert het fenomeen een zogenaamde magnetische reconnectie. Dat wil zeggen dat magnetische veldlijnen “knappen” en vervolgens weer aan elkaar worden gevoegd, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.

Wetenschappers zijn er nog nooit in geslaagd om magnetische reconnectie te recreëren in het laboratorium, maar de onderzoekers in Osaka denken dat hun zuivere elektronenuitstroom dichtbij komt. Dicht genoeg om het fenomeen op aarde te bestuderen. 

Techniek oorspronkelijk bedacht voor kernfusie

De techniek zou ook wel eens handig kunnen zijn om meer te bestuderen dan enkel astronomische fenomenen. Gekko XII werd oorspronkelijk immers ontworpen om kernfusie te bestuderen, meerbepaald zogenaamde inertial confinement fusion (ICF). 

Dat is een vorm van fusie waarbij reacties op gang worden gebracht door brandstof samen te drukken en te verhitten, totdat het in de kern van de reactor heet genoeg wordt om atoomkernen te laten samensmelten.

Door een betere controle over elektronendynamica op kleine schaal te hanteren, zou plasma dat in dat soort kernfusiereactoren wordt gebruikt, makkelijker gecontroleerd kunnen worden. Bij ICF worden in moderne experimentele reactoren meestal lasers gebruikt om brandstof op te warmen. 

Plasma controleren nog altijd een grote uitdaging

Het controleren van plasma is een van de grootste uitdagingen voordat commerciële kernfusie gerealiseerd kan worden. De meeste experimentele reactoren werken immers door atoomkernen, meestal isotopen van waterstof, op te warmen tot temperaturen die kunnen oplopen tot meer dan 100 miljoen graden Celsius. Die temperaturen zijn nodig om atoomkernen te laten samensmelten, waardoor enorme hoeveelheden energie vrijkomen, die dan gebruikt kunnen worden om elektriciteit op te wekken.

Of het nu om ICF gaat, of andere vormen van kernfusie, zoals tokamaks of stellarators, is het wetenschappers tot nu toe echter nog niet gelukt om meer energie uit zo’n machine te halen dan ze erin staken. Door de ontdekking van de wetenschappers in Osaka, is mogelijk weer een (kleine) stap gezet richting de zogenaamde ‘heilige graal van energie’.

(jvdh)