Beeld Eurofusion

Goed nieuws voor de reusachtige kernfusiereactor Iter die in Frankrijk wordt gebouwd: zelfs de hitte van de zon laat zich goed opsluiten. In een test in Eindhoven hebben wetenschappers en technici vorige week voor het eerst langdurig een hittebestendig paneel voor de reactor kunnen beproeven en al moeten de analyses nog worden gedaan, de resultaten zien er goed uit.

Kernfusie geldt al decennialang als de toekomstdroom om grote hoeveelheden schone energie op te wekken. Ruim dertig landen investeren samen miljarden in proefprojecten die deze droom werkelijkheid moet maken.

‘Tot nog toe vergde het uren werk om ongeveer vijf minuten de extreme omstandigheden in een reactor na te bootsen’, zegt Hans van Eck van de Magnum-PSI testbundel in energieinstituut Differ in Eindhoven. ‘Nu zijn we in staat de belasting gedurende ongeveer een heel jaar te bestuderen.’ Pas dan kunnen slijtage en vervuiling echt goed worden bekeken, zegt hij.

In de internationale fusiereactor Iter, die in het Zuid-Franse Cadarache in aanbouw is en na eindeloze vertragingen vermoedelijk in 2025 aangaat, moet waterstof of zwaar waterstof onder extreme temperatuur tot fusie worden gedwongen. Bij de versmelting van de atoomkernen ontstaat helium en komt energie vrij. Hetzelfde proces speelt zich in de zon af. De hitte van de fusie kan worden gebruikt om stoom op te wekken, die turbines en generatoren aandrijft om stroom te produceren net als in een gewone elektriciteitscentrale.

Voordeel van fusie is dat er nauwelijks radioactief afval bij ontstaat. En de brandstof (waterstof of eventueel zwaar waterstof) is onbeperkt voorhanden in zeewater. De techniek is het grote struikelblok, waarbij vooral de vraag is hoe een reactor langdurig de hitte van een kunstmatige zon kan weerstaan. Daaraan wordt al decen-

nialang gewerkt op talloze plaatsen in de wereld. In Europa werd eerder in Engeland een testreactor gebouwd. Iter wordt tienmaal zo groot.

Donut

In Cadarache speelt het fusieproces zich af in een donutvormig reactorvat van bijna 20 meter breed en ruim 10 meter hoog bij temperaturen tot 150miljoen graden. Die hitte geeft enorme belasting op de wanden, ook al blijft het ziedende plasma op afstand dankzij sterkte magneetvelden. Reactor en de benodigde faciliteiten zijn nu in aanbouw in Frankrijk in een reusachtig gebouwencomplex.

Iter is de eerste fusiereactor die netto energie zou moeten opleveren, maar de testreactor is nog niet bedoeld om echt stroom op te wekken. ‘Het gaat er vooral om ervaring op te doen met een nieuwe energiebron’, zegt hoofd materiaalonderzoek bij Iter Greg De Temmerman, die vorige week bij Differ de experimenten begeleidde.

Bij de test werd een intense bundel van zwaar waterstof (deuterium) zo heet als de zon op een pakket wolfraamblokken gericht. Zulke blokken vormen de wandbekleding van het reactorvat van Iter en zijn eerder al in kleinere proefreactoren als in het Engelse Culham toegepast.

Vooral de uitlaat onder in het reactorvat waar het door fusie gevormde helium moet worden opgevangen, de divertor, is een punt van zorg. Daar kan het hete plasma de wand wel raken. Dat geeft slijtage en vervuiling.

‘Tot nog toe konden we daar alleen computersimulaties van maken’, zegt De Temmerman. ‘De Magnum-PSI in Eindhoven maakt echte duurtests mogelijk.’ De uitkomsten daarvan laten nog op zich wachten, maar zullen aan het ontwerp van de Iter-reactor niets meer echt veranderen, zegt De Temmerman. ‘Het draait hierbij vooral om bedrijfsvoering: de vraag hoe vaak en wanneer onderhoud nodig zal zijn en wat het beste regime is om onder te opereren.’

De wolfraam testblokken in Eindhoven doorstonden in totaal achttien uur lang de intense bundel tot vijftigduizend graden. Zonder problemen, had Van Eck de indruk. ‘De analyses moeten nog komen, maar ik heb geen zware schades gezien.’ De proefopstelling in Eindhoven is de grootste in de wereld en kan als enige realistische hittebelasting van een reactor nabootsen. Bij de tests, waarvan de resultaten vandaag bekend zijn gemaakt, werd in totaal ongeveer een jaar Iter in vol bedrijf nagedaan.

Gebakje

Maandag was er op Differ een bescheiden gebakje bij de koffie, om het heuglijke record op nuchtere ingenieurswijze te vieren, vertelt Van Eck. In zekere zin is de recordtest ook een eindexamen voor het Eindhovense laboratorium geweest. ‘Dit is het begin van een groter proefprogramma’, bevestigt ook De Temmerman van Iter.

De Nederlandse fusie-expert Marc Beurskens tegenwoordig werkzaam bij een groot Duits fusieproject in Greifswald noemt de tests bij Differ in Eindhoven essentieel voor fusieresearch. ‘Dit is een belangrijk moment.We konden nooit de deeltjes en energiefluxen nabootsen zoals we die in Iter en later ook Demo gaan hebben. Om een zinvolle schatting te kunnen maken van de mogelijke wandschade hebben we Magnum-PSI en soortgelijke lineaire installaties nodig. Erg gaaf dat het daar gelukt is.’

Testreactor kernfusie JET in Culham; de wanden zijn bekleed met hittebestendige wolfraamblokken. Beeld Eurofusion

Testopstelling met wolfraam wandbekleding voor de Iter-kernfusiereactor, proeven maart 2018, Differ Eindhoven. Beeld Eurofusion