Straf: Eindhovense uitvinding brengt kernfusie een stapje dichterbij

Kernfusie is een bron van energie die elektriciteit zou kunnen leveren op grote schaal. De technologie is veilig, CO2-neutraal en produceert geen langlevend radioactief afval. Probleem: het lukt nog niet om het veilig en betrouwbaar toe te passen. Maar een uitvinding aan het Eindhovense energie-instituut Differ (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) brengt het wel een stap dichterbij.

Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Wanneer atomen van lichte elementen zoals waterstof samensmelten, wordt hierbij een deel van de massa omgezet in energie.

Het is wat gebeurt in sterren zoals onze zon. Kernfusie is geen kettingreactie; er komen geen deeltjes bij vrij die een nieuwe fusie kunnen veroorzaken. Het proces kan slechts aan de gang gehouden worden onder extreem hoge temperatuur en druk, zoals die rond het middelpunt van een ster heersen.

Kernfusie laat, in tegenstelling tot kernsplijting, niet noodzakelijkerwijs radioactieve materialen achter als afval.

Wetenschappers over de hele wereld werken al jaren aan manieren om kernfusie veilig en betrouwbaar toe te kunnen passen. Dat is niet makkelijk, want bij kernfusie ontstaan extreem hoge temperaturen.

Eén van de problemen waar wetenschappers tegenaan liepen, is dat de reactorwanden niet bestand zijn tegen die extreme hitte.

Hoe het werkt

Maar wetenschappers uit Eindhoven hebben nu een belangrijke uitvinding gedaan die kernfusie een stap dichterbij kan brengen. Door te experimenteren met vloeibaar metaal hebben ze een oplossing bedacht voor het oververhitten van reactorwanden.

De wetenschappers van Differ hebben een dun laagje vloeibaar metaal aangebracht op de binnenkant van de reactorwand. Deze laagjes tin en lithium blijken de temperatuur zelf te reguleren en in balans te houden.

Als de temperatuur in de reactie namelijk stijgt, verdampt er meer vloeibaar metaal. Dat vormt gaswolkjes van metaal boven het vloeibare laagje. Die wolkjes functioneren als een soort schild. Het metaalgas voert meer energie af dan het vloeibare metaal, waardoor de temperatuur niet verder stijgt.

Omgekeerd houdt het laagje de temperatuur ook op peil: als de reactortemperatuur daalt, slaat de metaaldamp weer neer, waardoor minder energie wordt opgenomen en de temperatuur van de wand toeneemt. Op die manier houdt het metaallaagje de temperatuur relatief constant.

Cadarache

Sinds 2006 werkt de fusie-gemeenschap aan een groot internationaal fusie-experiment, ITER. ITER staat voor International Thermonuclear Experimental Reactor, en is een project tussen Europa, Rusland, de VS, Japan, China, India en Zuid-Korea. ITER, die naar verwachting rond 2018 in bedrijf komt, moet aantonen dat fusie op aarde toe te passen is als energiebron. ITER zal 500 megawatt produceren, tien maal meer dan nodig is om de reactie op gang te houden. De reactor wordt in Cadarache in Zuid-Frankrijk gebouwd.