Amerikaanse fusiereactor test speciale uitlaat tegen plasmahitte

Kernfusie belooft schone, bijna onuitputtelijke energie door lichte atomen samen te smelten, net als in de zon gebeurt. Het grootste praktische probleem is echter niet de fusie zelf, maar het beheersen van de hitte die daarbij vrijkomt. In de DIII-D National Fusion Facility in Californië, een testreactor die wordt gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, gaan wetenschappers nu een nieuw type afvoersysteem testen. Partner in het project is het Japanse ingenieursbureau Kyoto Fusioneering, dat ook samenwerkt met de Columbia University in New York.

Een plasma in de vorm van een omgekeerde D

Fusiereactoren van het type tokamak houden supergeheet plasma vast in een donutvormige magnetische kooi. Dat plasma kan temperaturen van meer dan 100 miljoen graden Celsius bereiken, veel heter dan de kern van de zon. Normaal gesproken zorgen plotselinge hittepieken in zo'n reactor voor slijtage aan de binnenwand. Onderzoekers experimenteren daarom met een andere vorm voor het plasma, de zogeheten negatieve triangulariteit. Daarbij krijgt het plasma een omgekeerde D-vorm in plaats van de gangbare D-vorm. Volgens Kyoto Fusioneering dempt deze vorm instabiele hittestoten en verspreidt ze overtollige warmte geleidelijker, voordat die de wanden van de reactor kan beschadigen. Het concept wordt al langer onderzocht, maar is nog nooit getest met een industrieel afvoersysteem dat is afgestemd op de bijzondere deeltjesstromen die bij deze plasmavorm ontstaan.

Een nieuwe 'schoorsteen' voor de reactor

Om dat gat te dichten, bouwt Kyoto Fusioneering hittebestendige tegels voor een speciaal gemaakte divertor. Dit onderdeel fungeert als een soort schoorsteen die hitte en deeltjes uit de reactor afvoert. Zodra de divertor is geïnstalleerd in de tokamak van DIII-D, starten onderzoekers van DIII-D, Kyoto Fusioneering en Columbia University uitgebreide testreeksen. Suk-Ho Hong, verantwoordelijk voor technologie-uitwisseling bij DIII-D, zegt dat de samenwerking ontstond uit de behoefte om negatieve triangulariteit te begrijpen in een opstelling die dicht bij een commerciële reactor staat. Volgens hem biedt DIII-D daarvoor een actief en relatief goedkoop testplatform.

Gegevens voor toekomstige energiecentrales

De ingenieurs staan voor een lastige balans: de kern van het plasma moet heet genoeg blijven voor fusie, terwijl de rand koel genoeg moet zijn om de omliggende apparatuur niet te beschadigen. De tests moeten duidelijk maken hoe de omgekeerde plasmavorm zich gedraagt tijdens langdurig gebruik, en hoeveel hitte en mechanische belasting de onderdelen kunnen verdragen. Bibake Uppal, directeur van Kyoto Fusioneering America, noemt hoge neutronenbelasting en hittestromen een van de grootste knelpunten voor de haalbaarheid van fusiecentrales. De resultaten worden gedeeld binnen het internationale DIII-D-onderzoeksnetwerk en moeten helpen bij het verfijnen van computermodellen en materialen voor toekomstige proeffabrieken die stroom aan het elektriciteitsnet kunnen leveren.