Kernfusie-experiment maakt felste röntgenstraling ooit op aarde gemaakt

Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië hebben een record gevestigd: nooit eerder werd in een lab zoveel röntgenstraling tegelijk geproduceerd. De straling ontstond tijdens een kernfusiereactie in de National Ignition Facility, dezelfde plek waar wetenschappers in 2021 voor het eerst een zichzelf onderhoudende fusiereactie lieten plaatsvinden. Die doorbraak, ontsteking genoemd, geldt als een mijlpaal op weg naar fusie-energie.

Voor het nieuwe experiment pasten de onderzoekers hun opstelling aan met kleine vensters. Daardoor kon de straling die tijdens de reactie ontstaat, voor het eerst ontsnappen en gemeten worden. Het resultaat: tientallen biljoenen watt aan vermogen, vergelijkbaar met de helderheid van sommige rode dwergsterren. "We zijn dan het heetste punt in het lokale zonnestelsel", zegt onderzoeker Ryan Lester van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico.

Hoe de reactie tot stand komt

Bij het experiment schieten 192 krachtige laserstralen op een gouden cilinder, een hohlraum, ter grootte van een gum. Daarbinnen zit een capsule van koolstof gevuld met zware varianten van waterstof, waaronder deuterium. De lasers zetten de wand van de cilinder om in röntgenstraling, die de capsule vervolgens samenperst en verhit. Bij voldoende compressie ontstaat kernfusie: waterstofkernen smelten samen en zetten massa om in energie. Zodra ontsteking plaatsvindt, verdampen de toegevoegde vensters en ontsnapt de felle straling naar buiten.

Volgens natuurkundige Laura Berzak Hopkins van het Princeton Plasma Physics Laboratory is het significant dat de onderzoekers ontsteking niet alleen konden herhalen, maar ook met een aangepaste opstelling. Dat toont volgens haar aan dat het proces flexibel genoeg is om verder te verfijnen richting bruikbare energieopwekking.

Waarom dit belangrijk is

De extreme omstandigheden tijdens fusie-experimenten worden doorgaans alleen via computersimulaties bestudeerd. Dankzij de heldere röntgenflits kunnen wetenschappers nu directe metingen doen aan materie onder extreme druk en temperatuur. Een voorbeeld is onderzoek naar hoe de zon straling absorbeert, een proces dat nog altijd niet volledig wordt begrepen. Ook kunnen materialen worden getest die toekomstige fusiereactoren moeten kunnen weerstaan.

Lester hoopt dat het experiment ook helpt bij het ontwerp van vervolgexperimenten. Zo denken onderzoekers dat het toevoegen van zeer ijle schuimlaagjes aan de brandstofcapsule de reactie stabieler en efficiënter kan maken. Dergelijke proeven zouden al volgend jaar kunnen beginnen. Het onderzoek is gepubliceerd in het vaktijdschrift Physical Review E.