Kernfusie, een zon op aarde

Om een fusieplasma op de vereiste temperatuur te houden, moeten warmteverliezen gecompenseerd worden. Bij een tokamak gaat het om de warmte die van het centrum van het plasma naar de rand van de torus stroomt, en dit warmteverlies is daarom evenredig met de straal van de torus. Het geproduceerde fusievermogen is echter evenredig met het volume van de torus. Bij toenemende grootte groeit het geproduceerde vermogen (P_uit) dus sneller dan het vermogen dat nodig is om de verliezen te compenseren (P_in), zoals weergegeven in figuur 5.

Figuur 5. De groei van het geproduceerde fusievermogen Puit en het benodigde verhittingsvermogen Pin, versus de straal van de tokamak. Het is duidelijk dat bij JET Puit nog kleiner is dan Pin, terwijl dat bij ITER niet meer zo is. Het geproduceerde fusievermogen neemt snel toe met de grootte van de tokamak

Een alles bepalende factor voor de prestatie van een tokamak is dus zijn grootte: als een tokamak ondanks de isolerende magneetvelden toch nog te snel zijn warmte verliest, is dat te verhelpen door de tokamak groter te maken.

Dit heeft een belangrijk gevolg: een fusiecentrale heeft een minimale grootte. Een fusiereactor die kleiner is dan de minimale maat, heeft altijd meer energie nodig om op gang te blijven dan dat er aan energie uitkomt. De verhouding tussen Puit en Pin wordt Q genoemd. De grootste fusiereactor op dit moment, JET in Engeland, haalt Q=0,7. Het zogenaamde 'break-even' punt, waarbij er evenveel energie uitkomt als er ingaat, correspondeert met Q=1. De volgende te bouwen fusiereactor, ITER, zal Q=10 hebben, en een commerciële fusiereactor zal met Q=30 tot Q=100 werken.

Het probleem van het bouwen van een fusiereactor is dat een werkend schaalmodel niet mogelijk is: het kleinste werkende model heeft al bijna de grootte van een toekomstige fusie-energiecentrale.