Supergeleider-makers schalen op voor krachtige magneten in kernfusiereactoren

Kernfusie moet ooit schone, vrijwel onuitputtelijke energie leveren door twee lichte atoomkernen te laten samensmelten, net zoals in de zon gebeurt. Dat proces vindt plaats in een extreem heet plasma, dat nergens mag aanraken. Krachtige magneten houden dat plasma zwevend in model. Voor die magneten is speciale draad nodig die stroom geleidt zonder weerstand: een supergeleider. BEST en Luvata kondigen nu een samenwerking aan om de productie van zo'n supergeleider, gemaakt van het materiaal niobium-tin, flink te vergroten.

De draad wordt geproduceerd via het Rod-Restack Process, een precisietechniek waarbij dunne staafjes niobium en tin duizenden keren worden gebundeld en uitgerekt tot supersterke draad. Die draad kan magnetische velden tot 20 tesla verdragen, een veelvoud van de kracht van een gewone hufmagneet. Daarmee is het geschikt voor de zwaarste magneten in twee typen fusiereactoren: de donutvormige tokamak en de complexer gevormde stellarator. Beide ontwerpen gebruiken magnetische opsluiting om het plasma in model te houden zonder dat het de wanden van de reactor raakt.

Niet nieuw, wel opgeschaald

Niobium-tin supergeleiders zijn geen onbekende technologie. Ze zitten al in de magneten van 's werelds grootste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider van onderzoekscentrum CERN, en in krachtige NMR-magneten die scheikundigen gebruiken om moleculen te analyseren. Ook in de fusiewereld hebben BEST en Luvata al ervaring: beide bedrijven leverden eerder materiaal en kennis aan ITER, de internationale proefreactor in Frankrijk, en aan Wendelstein 7-X, de Duitse stellarator die geldt als een van de meest geavanceerde fusieproeven ter wereld.

Wat nu verandert, is de schaal. Fusieprojecten in de Verenigde Staten, Europa, China, Japan en Zuid-Korea groeien van kleine onderzoeksopstellingen naar grotere demonstratiecentrales die daadwerkelijk stroom moeten gaan leveren. Die centrales hebben veel meer magneetdraad nodig dan de proefmachines van de afgelopen decennia. Het Europese bedrijf Gauss Fusion bijvoorbeeld onderzoekt of het niobium-tin supergeleiders kan gebruiken voor een geplande stellarator-demonstrator en voor zijn voorgestelde commerciële fusieplatform, GIGA genaamd.

De fabriek als nieuwe uitdaging

Burkhard Prause, directeur van BEST, zegt dat de toekomst van fusie-energie niet alleen afhangt van wetenschappelijke doorbraken, maar ook van een stevige industriële keten die de benodigde materialen op tijd kan leveren. Zijn tegenhanger bij Luvata, Antti Kilpinen, spreekt van een fusiesector die een fase van groei en industrialisatie ingaat.

Die uitspraken raken de kern van een probleem dat in de fusiewereld steeds vaker opduikt. Onderzoekers moeten nog altijd bewijzen dat hun reactoren netto energie kunnen opleveren. Maar zelfs als dat lukt, is er een tweede horde: kunnen fabrikanten voldoende gespecialiseerde onderdelen, zoals kilometers supergeleidende draad, produceren om al die nieuwe reactoren te bouwen? De samenwerking tussen BEST en Luvata is een antwoord op die vraag, en een teken dat de fusie-industrie zich voorbereidt op een fase voorbij het laboratorium.