Klimaat & energie › Commerciële kernfusie
Britse fusiereactor MAST Upgrade kan plasma straks twee keer zo heet stoken
Onderzoekers van het Britse UKAEA hebben een 12 ton zware stalen behuizing met twee extra verhittingsinstallaties in hun fusiemachine MAST Upgrade geplaatst. Daarmee kan het plasma straks tot 60 miljoen graden Celsius worden verhit, twee keer zoveel als nu. De aanpassing moet helpen om problemen op te lossen die nog in de weg staan van commerciële kernfusie.
Bij het Britse onderzoekscentrum UKAEA, vlakbij Oxford, is een belangrijke stap gezet in de bouw van de fusiereactor MAST Upgrade. Technici hebben er een 12 ton zware stalen vat ingehesen dat plaats biedt aan twee nieuwe verhittingsinstallaties. Die installaties, neutrale-bundelinjectoren genoemd, schieten hooggeladen deeltjes het plasma in om het op te warmen. Met de nieuwe aanvulling verdubbelt het totale vermogen van dit systeem naar 8,8 megawatt. Daardoor kan het plasma in de reactor straks tot 60 miljoen graden Celsius worden verhit, het dubbele van de huidige 30 miljoen graden.
Het vat is gemaakt van roestvast staal van het type 316L. Dat materiaal is bestand tegen de extreem lage luchtdruk die nodig is in het binnenste van de reactor. Alle apparatuur moet eind 2027 zijn geïnstalleerd, waarna de eerste experimenten met de nieuwe verhittingskracht in 2028 van start gaan. Andrew Thornton, hoofd van de MAST Upgrade-operaties bij UKAEA, noemt de installatie een grote stap: onderzoekers kunnen straks plasmacondities bereiken die nu nog onbereikbaar zijn, en testen hoe stabiel heet, hogedrukplasma blijft.
Waarom de hitte omhoog moet
MAST Upgrade staat voor Mega Amp Spherical Tokamak Upgrade, een proefopstelling waarin plasma in een ringvormig magnetisch veld wordt vastgehouden. Het apparaat moet drie dingen bewijzen: dat nieuwe manieren om restwarmte en deeltjes af te voeren werken, dat het bolvormige ontwerp van de reactor (een compactere variant dan de klassieke donutvorm) geschikt is voor een toekomstige energiecentrale, en dat de onderliggende natuurkunde goed genoeg begrepen wordt voor de rest van het Britse fusieprogramma.
De grootste uitdaging zit in het afvoersysteem, de zogeheten divertor. Dat onderdeel moet de hitte en deeltjes die uit het plasma ontsnappen opvangen en afvoeren. Bij grotere, krachtigere reactoren dreigt die hitte zo intens te worden dat onderdelen binnen een paar jaar vervangen moeten worden. Dat zou fusie-energie onbetaalbaar maken. Doel is daarom een divertor te ontwikkelen die de belasting terugbrengt tot het niveau van een gewone automotor.
Opmaat naar STEP
MAST Upgrade rondde in augustus zijn vijfde experimentenronde af en bereikte toen de hoogste plasmadruk ooit, terwijl onderzoekers instabiliteiten in het plasma onder controle hielden. Dit jaar is ook een extra verhittingssysteem geïnstalleerd, gebaseerd op zogeheten elektron-Bernstein-golven, goed voor 1,6 extra megawatt. Deze techniek is ook gepland voor STEP, de Spherical Tokamak for Energy Production, de prototype-energiecentrale die het Verenigd Koninkrijk in West Burton in Nottinghamshire wil bouwen en die vanaf 2040 moet draaien. Onderdelen van de inmiddels gesloopte reactor JET, na veertig dienstjaren buiten gebruik gesteld in 2023, worden hergebruikt in MAST Upgrade. Het project wordt gefinancierd door het Britse ministerie voor energiezekerheid en netto-nul-uitstoot en maakt deel uit van het Europese EUROfusion-programma.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Een stabiel, heet plasma beheersen en de restwarmte veilig afvoeren zijn twee van de grootste technische hobbels op weg naar werkende fusiecentrales. De experimenten met MAST Upgrade leveren kennis op die direct wordt gebruikt voor STEP, de Britse prototype-fusiecentrale die vanaf 2040 elektriciteit moet leveren. Slaagt dit, dan komt schone, vrijwel onuitputtelijke energie een stap dichterbij.
- Kernfusie
- Het samensmelten van lichte atoomkernen, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen, zoals in de zon.
- Plasma
- Een extreem heet, geïoniseerd gas waarin atomen hun elektronen zijn kwijtgeraakt; de toestand waarin kernfusie plaatsvindt.
- Tokamak
- Een ringvormige reactor die plasma met magneetvelden op zijn plaats houdt.
- Sferische tokamak
- Een compactere, bolvormige variant van de klassieke tokamak, mogelijk goedkoper om te bouwen.
- Neutrale-bundelinjector
- Apparaat dat hooggeladen deeltjes het plasma inschiet om het op te warmen.
- Divertor
- Het onderdeel van een tokamak dat hitte en deeltjes uit het plasma afvoert.
- Elektron-Bernstein-golven
- Een verhittingstechniek met elektromagnetische golven, gepland voor gebruik in toekomstige fusiecentrales.
- Tritiumzelfvoorzienend
- Het vermogen van een fusiecentrale om zelf genoeg van de brandstof tritium te produceren, zonder externe aanvoer.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
