Kernfusiereactor verpulvert eigen record, maar nog lange weg te gaan

De onderzoeksinstallatie, de National Ignition Facility (NIF), haalde in het recente verleden al meermaals het nieuws. Eind 2022 werd er voor het eerst in de geschiedenis een reactie teweeggebracht die netto energie opleverde. Op maandag 5 februari werden de resultaten van dat experiment bevestigd door het peer review-proces. Sindsdien kon dat experiment bovendien een aantal keer worden herhaald, wat aantoont dat het niet zomaar om een toevalstreffer ging. 

Diezelfde maandag publiceerden de wetenschappers bij Lawrence Livermore nog een paper. Daarin wordt beschreven hoe zij hun eigen record hebben gebroken. Tijdens een reactie in 2023 werd bijna dubbel zoveel energie geproduceerd in de experimentele reactor als nodig was om de reactie op gang te krijgen. 

Hoe werkt dat?

Nucleaire fusie is eigenlijk hetzelfde proces dat de zon aandrijft. In de zon worden waterstofkernen door de enorme druk en hoge temperatuur in de kern dusdanig hard samengedrukt, dat ze samensmelten. Daarbij komt een grote hoeveelheid energie vrij. In moderne kernreactoren wordt het omgekeerde gedaan. Daarin worden zware atomen zoals uranium gespleten. Behalve energie komt daarbij ook radioactief afval vrij. In een fusiereactor wordt daarentegen geen langlevend radioactief kernafval geproduceerd.

In een kernfusiereactor proberen wetenschappers in feite hetzelfde te doen als wat zich in de zon afspeelt, maar dan op aarde. Dat proberen zij op verschillende manieren. De populairste vorm van experimentele reactoren is een tokamak, een torusvormige machine waarin superheet plasma met krachtige magnetische velden wordt vastgehouden. 

Bij NIF hebben wetenschappers echter voor een andere aanpak gekozen. NIF is een installatie van 192 energieke lasers, die tegelijkertijd worden afgevuurd op een bolletje brandstof, in dit geval de zware waterstofisotopen deuterium en tritium. Wanneer de lasers allemaal op hetzelfde tijdstip worden afgevuurd, wordt het bolletje langs alle kanten ingedrukt, waardoor de druk hoog genoeg wordt om de waterstofisotopen te laten samensmelten tot helium. Tijdens de recordbrekende reactie bedroeg de kracht van de lasers 2,05 megajoule en kwam er 3,88 megajoule vrij, bijna het dubbele.

Toch nog niet dichtbij

Toch betekent dit nog lang niet dat kernfusie klaar is voor commercialisatie. Eerst en vooral duurt zo’n experimentele reactie maar een fractie van een seconde. Om commercieel interessant te zijn, moet een reactor continu kunnen draaien. 

Nog belangrijker: enkel de energie die de lasers effectief afvuren, wordt hier meegeteld. Als je daar ook de energie bij optelt die nodig was om de lasers op te starten, is er nog een lange weg te gaan. Elke keer dat de lasers worden afgevuurd, wordt zo’n 300 megajoule aan energie gebruikt om ze op te starten. Dat betekent dat de efficiëntie met  bijna een factor 100 omhoog moet. Ten slotte moet geproduceerde energie ook worden omgezet in stroom, wat hier niet werd gedaan.

Toch is er hoop dat de technologie, die volgens een bekende grap bij insiders altijd ‘30 jaar ver weg’ is, stilaan vooruitgang maakt. Onder andere de grootmachten China en de VS hebben er de jongste jaren een punt van gemaakt om de ontwikkeling van kernfusie te stimuleren. Ook private ondernemingen schieten als paddenstoelen uit de grond. Volgens het meest recente rapport van de Fusion Industry Association, de internationale belangenorganisatie voor kernfusie, zijn er intussen meer dan 40 bedrijven actief in de sector. Enkel vorig jaar kwamen er 13 bij. En binnen enkele jaren wordt ITER, de grootste experimentele reactor op aarde, voor het eerst opgestart. Dat er binnen 30 jaar effectief commerciële reactoren worden aangesloten op het grid, is dus niet meer zo vergezocht. 

Lees meer over energie, en blijf op de hoogte met onze nieuwsbrief.