Onlangs slaagden Amerikaanse wetenschappers erin om met behulp van kernfusie maar liefst 1,3 megajoule (MJ) aan energie op te wekken.
De reactor verbruikte 1,9 MJ, en het experiment weet fusie-energie bíjna rendabel – en onuitputtelijk – te maken.
Als we uit kernfusie minstens evenveel energie kunnen halen als er nodig is om het proces op te starten, kan dat het begin zijn van een groene revolutie in de energiesector met enorme mogelijkheden voor nieuwe technologie.
Huwelijk van atomen is krachtmeting
Fusie vindt plaats wanneer twee of meer atoomkernen zich verenigen tot een zwaarder atoom.
Niet alleen smelten de twee atomen samen, maar door hun huwelijk wordt ook een enorme hoeveelheid energie opgewekt. Net als wanneer atomen scheiden, ofwel splijten, wat we kennen als kernenergie.
De fusiereactor van het Lawrence Livermore National Laboratory schiet lasers door een ingewikkeld systeem ter grootte van drie voetbalvelden, waarna de stralen een tank met waterstof verhitten tot ruim 100 miljoen °C.
Het probleem met fusie-energie is dat het omslachtig en duur is om het proces op gang te brengen.
In de National Ignition Facility in Californië gebruiken wetenschappers een geavanceerd lasersysteem ter grootte van drie voetbalvelden om een goudtankje te verhitten tot ruim 100 miljoen °C.
In de tank zit een waterstofpilletje ter dikte van een mensenhaar, en de extreme hitte verandert de atomen in een elektrisch geleidend plasma, waarna ze fuseren tot helium.
Om te voorkomen dat de brandstof de wanden van de tank raakt en afkoelt, waarna het proces zou stoppen, wordt deze op zijn plaats gehouden door een magnetisch veld.
Eeuwig huwelijk vraagt om ontbranding
Bij het experiment van 8 augustus zijn de twee waterstofisotopen deuterium (of zware waterstof) en tritium (superzware waterstof) tot helium gefuseerd.
Tegelijkertijd produceerde de reactie meer dan 10 quadriljoen (10.000.000.000.000) watt vermogen, schrijven de onderzoekers van het experiment in een persbericht – maar slechts gedurende zo’n 20 nanoseconden.
Het doel is een zelfdraaiend fusieproces
1. Waterstof en waterstof vormen helium
Waterstofkernen worden verhit door energietoevoer van buitenaf. Hierdoor fuseren zware waterstof en superzware waterstof tot hete heliumkernen.
2. Heet helium start kettingreactie
De heliumkernen worden zo heet dat de waterstofkernen fuseren tot nieuwe heliumkernen, die op hun beurt nieuwe fusies starten (wat we ‘ontsteking’ noemen).
Dit komt overeen met ruim 1,3 MJ, terwijl het 1,9 MJ kostte om de grote machines op te starten.
Natuurkundigen van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) waren dus 0,6 MJ – rond de 30 procent – verwijderd van het bereiken van wat fusiewetenschappers ‘ignition’ (‘ontsteking’) noemen, een energieopbrengst die minstens zo groot is als het verbruik van de reactor.
Wanneer de fusiereactor deze grens bereikt, genereert het proces genoeg energie om zichzelf in stand te houden.
Sterrenkracht maakt de toekomst groen
Aangezien kernfusie theoretisch eeuwig kan doorgaan en voortdurend energie kan opwekken, heeft deze energiebron van de toekomst een enorm potentieel.
Aan de nachtelijke hemel hangt een schat aan bewijsmateriaal: binnen in sterren fuseren waterstof en helium vaak al miljoenen jaren, waardoor de ster gloeiend heet blijft.
Hopelijk kan de wetenschap de astronomische krachtcentrale nabouwen, want die kan ons eindeloos veel milieuvriendelijke energie geven.
Zolang fusie echter gebeurt met superzware waterstof, is het wel radioactief, maar het proces komt niet in de buurt van het niveau van kernenergie uit kernsplijting. En er wordt al geëxperimenteerd met andere brandstoffen.
Amerikaanse wetenschappers zijn er nog niet zeker van waarom ze plotseling het resultaat van 1,3 MJ behaalden, acht keer beter dan hun vorige record van eerder dit jaar.
Als ze daar achter komen, komt groene fusie-energie dichterbij dan ooit.