Duitsland activeert veelbelovende fusiereactor

Al decennialang zoeken wetenschappers naar een manier om energie op te wekken met kernfusie. Bij kernfusie worden twee atomen versmolten tot een zwaarder derde atoom, naar analogie met wat in de zon gebeurt. Het proces is fundamenteel verschillend van de kernsplitsing die vandaag in de kerncentrales plaatsvindt. Niet alleen heeft kernfusie het potentieel om meer energie op te wekken dan kernfissie, het proces is bovendien een stuk veiliger en het leidt niet tot vaten radioactief afval. Broeikasgassen zijn al evenmin een probleem.

Twee keuzes

Dat er flink wat geld naar het onderzoek naar kernfusie gesmeten wordt, hoeft dan ook niet te verwonderen. Er zijn twee veelbelovende reactortypes. De Tokomak-reactor is de bekendste. Die reactor heeft de vorm van een donut en een experimenteel gevaarte dat meer energie moet produceren dan het verorbert om een reactie op gang te krijgen, is momenteel in aanbouw in Frankrijk.

Het Tokomak-principe heeft een fundamenteel nadeel: om kernfusie te bewerkstelligen moet een plasma temperaturen van zo’n 80 miljoen graden Celsius bereiken. Een magnetisch veld houdt dat plasma van de reactorwand weg. Dat principe werkt feilloos zolang de reactor een oneindig lange kaarsrechte buis is. Dat is in werkelijkheid geen optie, waardoor een reactor cirkelvormig moet zijn. De cirkelvorm verstoort dan weer het magnetische veld, zodat het plasma niet blijft zweven.

Tokomak vs Stellarator

In de Tokomak-oplossing krijgt het Plasma een elektromagnetische lading mee die het veld stabiliseert. De techniek is veelbelovend en zou binnen enkele jaren al meer energie moeten afgeven dan hij absorbeert, maar het magnetische veld in een dergelijke reactor kan maar even bestaan. De machines kunnen dus niet non-stop draaien.

In Duitsland test het Max Planck-instituut nu een alternatief. De Wendelstein 7-X-reactor is van het zogenaamde Stellarator-type. Waar het plasma in een Tokomak door een magnetische buis loopt, wordt het in een Stellarator-reactor in vreemde bochten geplooid. Die bochten compenseren de onevenwichtigheid van het magnetische veld in de cirkelvormige reactor, zodat ook hier het plasma de reactorwand niet raakt.

De Stellarator heeft als groot voordeel dat het magnetische veld wel stabiel is, en dat de reactie dus onbeperkt kan blijven voortduren. Het nadeel is dan weer dat er nog maar bitter weinig onderzoek gedaan is naar de Stellarator. De Wendelstein 7-X geeft vorm aan de eerste toepassing van het principe op relatief grote schaal, en moet aantonen dat een Stellarator kan werken als bruikbare reactor.

Experimentele machine

De Wendelstein 7-X zal nog geen energie opwekken. De bedoeling van de onderzoekers is om aan te tonen dat het principe werkt, en dat de reactor lange periodes onafgebroken kan werken. De eerste tests zullen tot midden maart lopen, waarna de reactor sporadische upgrades zal krijgen die de operationele temperatuur en de maximum duur van de reactie zullen opschroeven. Binnen vier jaar moet Wendelstein 7-X al een half uur aan een stuk kunnen draaien, terwijl het momenteel om amper een seconde gaat.

De Duitse bondskanselier Angela Merkel drukte plechtig op de knop voor het eerste experiment, dat helemaal aan de verwachtingen voldeed. Onderzoek naar een Stellarator komt pas nu in een stroomversnelling om dat het nog niet zo lang mogelijk is om een dergelijke reactor te ontwikkelen. De buigingen van het elektromagnetische veld zijn zo specifiek dat er een supercomputer aan te pas kwam om ze te berekenen. Aan Wendelstein 7-X wordt al 19 jaar gewerkt, en alles samen kostte het project meer dan één miljard euro.