Amerikaans fusiebedrijf test plasma onder 100.000 keer atmosferische druk

Kernfusie geldt als de heilige graal van schone energie: het nabootsen van het proces waarmee de zon energie produceert. De meeste bedrijven en onderzoeksinstituten zetten daarvoor in op tokamak-reactoren, donutvormige vaten met enorme supergeleidende magneten die een wolk hete waterstof urenlang op zijn plek moeten houden. Het Amerikaanse bedrijf American Fusion kiest voor een andere aanpak met zijn Texatron-systeem: geen langdurige opsluiting, maar korte, extreem krachtige elektromagnetische pulsen van slechts één microseconde.

Het bedrijf heeft nu een nieuwe, verplaatsbare vacuümkamer geïnstalleerd op zijn testlocatie. Daarmee kan het team een volgende reeks experimenten uitvoeren met de reactie tussen deuterium en helium-3, twee lichte atoomkernen die bij fusie energie vrijmaken. In recente proeven perste de Texatron een dichte kolom plasma samen tot een druk van 100.000 atmosfeer. Volgens de berekeningen van het bedrijf komt dat overeen met een magnetisch veld van ongeveer 160 tesla, een waarde die reguliere reactoren alleen met logge, stroomvretende spoelen kunnen benaderen. De Texatron wekt dat veld juist dynamisch op, tijdens de puls zelf.

Twee ontwerpen doorgerekend

Om te bepalen hoe de technologie kan opschalen, rekenden de ingenieurs twee kamerformaten door onder identieke omstandigheden: een temperatuur van 700 miljoen graden Kelvin, een druk van 100.000 atmosfeer en een opsluitingstijd van één microseconde. Voor de zon geldt overigens een kerntemperatuur van ‘slechts’ 15 miljoen graden; fusie op aarde vereist veel hogere temperaturen omdat de zwaartekracht hier ontbreekt om atoomkernen bijeen te houden.

De kleinste testopstelling, bedoeld voor een systeem van 500 kilowatt, gebruikt een kamer van 28 centimeter met een plasmakolom van 25,4 millimeter doorsnede. Het model voorspelt hierin 1,3 duizend biljoen fusiereacties per puls, goed voor 3,9 kilojoule aan warmte-energie binnen een fractie van een seconde. Bij de grotere variant, ontworpen voor 5 megawatt, groeit het plasmavolume meer dan achtvoudig. Omdat de fusieopbrengst recht evenredig meeschaalt met het volume, loopt de berekende energie hier op tot 32,6 kilojoule per puls.

Nog geen bewijs van netto energiewinst

American Fusion benadrukt zelf dat het om theoretische modellen van bruto energie gaat, niet om aangetoonde elektriciteitsproductie. Voor echte energiewinst moet het plasma voldoen aan het Lawson-criterium: de combinatie van dichtheid, temperatuur en opsluitingstijd moet zo gunstig zijn dat de zelfverhitting van het plasma groter is dan het energieverlies, onder meer door remstraling.

"Fusie wordt uiteindelijk bepaald door de volledige plasmaconditie, niet door één enkele meting. Daarom werkt ons testprogramma stap voor stap toe naar de volgende mijlpaal", zegt Dr. John E. Brandenburg, Chief Technology Officer van American Fusion. Met de nieuwe vacuümkamer wil het team de komende periode plasmagedrag testen bij temperaturen tussen 50 en 200 keV, zo'n 600 miljoen tot 2,3 miljard graden Kelvin. Daarbij moet blijken of de gepulste magnetische compressie stabiel genoeg blijft om richting zelfstandige fusie te bewegen. "Herhaalbare, hogedruk gepulste plasmacondities behalen is een belangrijk onderdeel van het pad dat we hebben uitgestippeld voor de Texatron", aldus Brandenburg.