Kernfusie in 1 minuut

Kernfusie, het proces waarbij lichte kernen samensmelten tot zwaardere, is de energiebron van de zon en de sterren. Sinds de wetenschap zich rond 1920 voor het eerst realiseerde wat de oorzaak is van de enorme hoeveelheid energie die de zon uitstraalt, is het een droom geweest om die energiebron op aarde te leren beheersen. Aan het begin van het fusieonderzoek voorspelde men dat een werkende fusiereactor binnen 20 jaar realiseerbaar moest zijn, maar dat bleek te optimistisch. Inmiddels is er veel meer bekend over deze vrijwel onuitputtelijke en schone bron van energie.

In een fusie-reactor smelten lichte atoomkernen (isotopen van waterstof) samen, waarbij veel energie vrij komt. Het fusie-proces vindt plaats bij de extreem hoge temperatuur van 150 miljoen graden. Bij zulke hoge temperaturen vormt materie een plasma, een heet gas van geladen deeltjes. Een plasma kan worden opgesloten in een ringvormige reactor, waarin het met magneetvelden wordt vastgehouden. De energie die vrijkomt bij de fusie-reactie kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken, of om bijvoorbeeld waterstof te maken.

Fusie heeft belangrijke positieve milieu- en veiligheidseigenschappen. Omdat fusie geen kettingreactie is, kan de reactie niet uit de hand lopen. Het eenvoudig stoppen van de brandstoftoevoer is genoeg om de reactie snel te stoppen. De brandstoffen, deuterium en lithium, zijn beide voor iedereen beschikbaar, en in voldoende mate aanwezig voor miljoenen jaren energievoorziening. Fusie produceert geen broeikasgassen. Het fusieproces zelf produceert alleen helium, een onschadelijk gas.

Het belangrijkste veiligheidsaspect betreft de aanwezigheid van het radioactieve tritium, dat in de reactor uit lithium wordt gemaakt. Omdat het tritium in de centrale zelf wordt gemaakt, is er geen vervoer van radioactieve brandstoffen nodig buiten de centrale. Omdat steeds maar weinig tritium nodig is, kan de hoeveelheid die in de centrale aanwezig is zo laag mogelijk worden gehouden. Het wandmateriaal van plasmavat wordt radioactief, maar dat vedwijnt grotendeels na zo'n 100 jaar. Er is dus geen belasting voor toekomstige generaties.

Het doel van het internationale fusieonderzoek is het realiseren van een prototype fusie-energiecentrale die voldoet aan de eisen die de maatschappij daaraan stelt: veilig, betrouwbaar, ruim voorradige brandstof, minimale milieubelasting en economisch rendabel. In het laatste decennium is er belangrijke wetenschappelijke en technische vooruitgang geboekt in het fusieonderzoek.

Een kijkje in de torus van de Joint European Torus bij Oxford, Engeland. De persoon links op de foto toont de schaal: de torus is ongeveer vier meter hoog.

De Joint European Torus (JET) bij Oxford, Groot Brittannië, is 's werelds grootste fusie-experiment (zie foto boven). JET kan als enige experiment ter wereld met de toekomstige fusiebrandstoffen werken, deuterium en tritium. In 1997 leverde JET 16 megawatt fusievermogen, wat nog steeds het wereldrecord is. JET is zeer geschikt om materialen te testen voor de wand van het plasmavat, en om onderzoek naar verwarming en meet- en regelmethoden te doen onder realistische fusie-condities.

De International Tokamak Experimental Reactor, ITER.

De volgende grote stap in het wereldwijde fusie-onderzoek is ITER ("de weg" in het Latijn). ITER is het grootste wetenschappelijke project ter wereld, en wordt momenteel gebouwd in Cadarache in Zuid-Frankrijk. Het doel van ITER is te demonstreren dat fusie-energie technisch en wetenschappelijk realiseerbaar is. Om dit aan te tonen moet ITER condities bereiken waarbij 500 Megawatt fusie vermogen gedurende langere tijd wordt opgewekt. ITER zal tien maal meer energie opleveren dan er wordt gebruikt. In ITER zullen ook experimenten worden uitgevoerd met componenten en technologieën die essentieel zijn voor een toekomstige industriële fusiecentrale.

ITER moet over zo'n 15 jaar in bedrijf komen, de bouwkosten bedragen zo'n 4.7 miljard Euro. De huidige partners in het wereldwijde ITER-project zijn de Europese Unie, Japan, China, de Russische Federatie, de VS, India en Zuid Korea. Europa heeft een leidende rol in dit project, en zal ongeveer 50% van de kosten voor haar rekening nemen.

In Nederland vindt onderzoek naar kernfusie plaats op twee locaties: bij het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen te Nieuwegein, en bij de Nuclear Research & Consultancy Group (NRG) te Petten. Het onderzoek in Nieuwegein richt zich op de interactie van een heet plasma met de binnenwand van het plasmavat en op de theoretische beschrijving van het gedrag van plasma's. Zowel bij de tokamak TEXTOR in Jülich, Duitsland, als bij JET in Engeland zijn continu wetenschappers uit Nieuwegein werkzaam. Bovendien wordt, in samenwerking met de Nederlandse industrie en internationale partners, een verhittingssysteem en een meetsysteem voor ITER ontworpen en gebouwd. In Petten richt men zich op het onderzoeken van nieuwe, hoogwaardige wandmaterialen met behulp van de hogeflux-reactor.