Beschieting met laser geeft energieoverschot
Bij laserfusie wordt waterstof zozeer samengeperst met laserstralen dat de waterstofatomen fuseren tot helium.
Het laserlicht passeert versterkers die de energie verhogen, en wordt dan in de waterstof geschoten.
In 2014 schoten 192 krachtige lasers in de fusie-installatie NIF op een gouden vat af, met daarin een pil van zware en superzware waterstof.
Toen het licht de pil trof, werden de waterstofatomen zozeer samengeperst dat ze fuseerden tot helium.
De fusieprocessen leverden anderhalf keer zo veel energie op als de lasers in de waterstofpil hadden gepompt, waardoor er uit de brandstof voor het eerst een energieoverschot ontstond.
Nieuwe proeven hebben dit overschot vergroot tot vijf keer de toegevoegde energie, maar per saldo is er nog steeds een tekort, want de lasers verbruiken bijna 100 keer zo veel energie.
Vervormde magneten houden de brandstof gevangen
In de Duitse fusiereactor zijn de magneten scheef om een gelijkmatig magneetveld rond de brandstof te creëren. De Wendelstein 7-X heeft een aantal records gevestigd.
De reactor heeft zo'n rare vorm dankzij de scheve magneten, die het hete plasma langer vasthouden.
In een fusiereactor wordt waterstof tot 100 miljoen °C verhit tot een elektrisch geleidend plasma. Om te voorkomen dat de brandstof de reactorwanden raakt en afkoelt, waardoor de fusie stopt, wordt deze gevangen in een magnetisch veld.
De reactor Wendelstein 7-X heeft het waterstofplasma 100 seconden lang ingesloten, wat het record is voor het reactortype. De reactor is de grootste stellarator. In dit type worden de magneetringen rond de reactor verwrongen om het magnetisch veld zo gelijkmatig mogelijk te maken.
Zo willen de Duitse natuurkundigen de fusiebrandstof een halfuur gevangen houden. De proefreactor heeft nog een record gevestigd: de hoogste energiedichtheid in een fusieplasma met circa 1 triljard deeltjes per kubieke meter.
Reactor tankt krachtige brandstof
In 2020 gaat er echte fusiebrandstof in de grootste fusiereactor ter wereld, de JET. De reactor vestigde al in 1997 een record, dat nog overeind staat.
De JET-reactor zal proeven doen met superzware waterstof als fusiebrandstof.
In 1997 produceerde ’s werelds grootste fusiereactor (JET) 16 megawatt energie met zware en superzware waterstof: het mengsel dat straks in echte fusiecentrales gaat.
Normaal gebruiken proefreactoren alleen zware waterstof, want brandstof met 50 procent superzware waterstof zendt 60-90 keer zo veel neutronen uit. Dat maakt de reactor radioactief, waardoor onderzoekers er niet meer in kunnen om wijzigingen door te voeren.
De proeven met de JET waren kortstondig, maar vestigden wel het record fusie-energieproductie, dat nog altijd overeind is: een rendement van 16 MW in één seconde met een verbruik van 24 MW voor de verhitting.
In het najaar van 2020 voeren de JET-onderzoekers weer experimenten uit met zware en superzware waterstof in de nu verouderde reactor. Het doel is voor vijf seconden per keer een energieproductie van 10-15 MW te handhaven.
Nieuwe reactor geeft energieoverschot
In 2035 start de gigantische reactor ITER met proeven die voor het eerst een fusieproces uit zichzelf laten draaien.
De reactorring van ITER krijgt een diameter van 19,4 meter en een 30 meter hoog betonnen schild.
Als de ITER in 2025 begint met proeven met brandstof van zware waterstof, staan er allerlei fusierecords op het spel. Zo moet de brandstof worden verhit tot 150 à 200 miljoen °C en het huidige record van 140 miljoen °C breken.
Bovendien moet het plasma in de magnetische kooi per keer 8 minuten vastgehouden worden – en het huidige record is 6,5 minuut.
De eerste tien jaar wordt de ITER nader getest, zodat alles in 2035 klaar is voor de experimenten met fusiebrandstof van zware en superzware waterstof. Zo krijgen de heliumkernen die bij de fusie ontstaan, meer energie.
De zeer hete heliumkernen botsen met de waterstofkernen van het plasma, verhitten ze en leiden tot meer fusies, waarbij weer meer heliumkernen ontstaan.
Dan wordt het plasma ontstoken en draaien de fusies vanzelf verder – tot een uur per keer – en leveren ze meer energie dan in het proces is gestoken.