ENGINEERINGNET.NL - Het instituut voor funderend energieonderzoek wil de hitte en snelle deeltjes van zo'n kunstmatige zon (plasma) gecontroleerd af kunnen voeren voor die de wand van een fusiereactor beschadigen.
In het programma Taming the Flame worden negen nieuwe onderzoekers aangesteld dankzij strategische financiering van Stichting FOM.
De grote uitdaging om rendabel energie op te wekken uit kernfusie (het proces dat ook de zon laat schijnen) is het beschermen van de reactorwand tegen de hete uitstoot van de kunstmatige zon. In een fusiereactor smelten losse waterstofkernen bij hoge temperatuur samen tot helium en komt extra hitte vrij.
Magneetvelden beschermen de reactor tegen het fuserende plasma (heet, geladen gas), behalve bij de uitlaat. Die komt in direct contact met het plasma en moet maanden tot jaren bestand zijn tegen omstandigheden vergelijkbaar met het zonne-oppervlak.
In de toekomstige fusiereactor ITER krijgt de uitlaat temperaturen van tienduizenden graden, een ongekend intens bombardement van snelle, geladen deeltjes en een hitte van megawatts tot een gigawatt voor elke vierkante meter wandmateriaal te verwerken.
Dat is net zoveel als duizenden lasbranders, of de uitlaat van een raket. In de commerciële opvolgers van ITER wordt de wandbelasting nog heftiger. Vervangen van de wand is kostbaar en tijdrovend.
Marco de Baar, hoofd fusieonderzoek DIFFER: "In een volwassen fusie-energiecentrale is een stevige metalen uitlaatwand met een hoog smeltpunt niet genoeg om het plasma te weerstaan."
Het wandontwerp van ITER is berekend op het gebruik als experiment, voor de energiecentrale die na ITER komt is nog geen geschikt ontwerp. In het onderzoeksprogramma 'Taming the Flame' gaat al in het hete plasma ingegrepen worden om de energie gecontroleerd naar de wand te brengen en op die manier de fusie-uitlaat onder controle te brengen.
Het onderzoek richt zich op kalmeren, uitsmeren en verdunnen van het plasma voor het de reactorwand raakt, en een nieuw ontwerp voor de uitlaat, waarbij een zichzelf reparerende laag vloeibaar metaal de vaste reactorwand beschermt.
De Baar: "Als we de fusieuitlaat weten te temmen is dat zeer interessant voor mainstream-fusieonderzoek zoals ITER, maar dit wandprobleem speelt net zo erg bij alternatieve fusieprojecten, de uitdagers van ITER zoals de Duitse stellarator Wendelstein 7-X of de compacte ARC-reactor van MIT."
In het vijfjarige programma stelt DIFFER zeven extra promovendi en twee nieuwe postdocs aan. Zij werken samen met de vaste staf van DIFFER aan een integrale aanpak van het fusie-uitstootprobleem.
DIFFER's experimentele opstelling Magnum-PSI in Eindhoven kan als enige ter wereld de intense omstandigheden bij de wand van een fusiereactor nabootsen. De onderzoekers zullen hun technieken testen bij bestaande fusiereactoren in Duitsland, Zwitserland en Groot-Brittannië.
Met het internationale fusieproject ITER in Zuid-Frankrijk (startjaar 2025) willen onderzoekers uit Europa, de VS, China, Rusland, India, Zuid-Korea en Japan laten zien dat het technisch mogelijk is om energie te winnen uit kernfusie.
ITER is als eerste fusiereactor ter wereld ontworpen om tien keer meer fusievermogen op te wekken (500 megawatt) dan de 50 megawatt die nodig is om de fusiereactie in stand te houden.
(bron: DIFFER)
Op de foto:
DIFFERs onderzoeksfaciliteit Magnum-PSI is de enige laboratoriumopstelling ter wereld die materialen bloot kan stellen aan de extreme omstandigheden bij de wand van een fusiereactor.
