ENGINEERINGNET.BE - In een kernfusiereactor is het doel om gecontroleerd kernen samen te smelten, waarbij veel energie vrijkomt.
Dit is het proces dat de zon van energie voorziet en dat wetenschappers op aarde na willen bootsen. Daarvoor worden reactors gebouwd die brandstof opsluiten en verhitten tot een temperatuur van circa 150 miljoen graden, meerdere malen de kerntemperatuur van de zon.
Het is een grote uitdaging om zo efficiënt mogelijk energie te produceren en tegelijkertijd te voorkomen dat de wand smelt. Die uitdaging vraagt om allerlei oplossingen, onder meer op het gebied van regeltechniek.
Bij een kernfusiereactor wordt er rekening gehouden met bewegingen, de toestand van de reactor en onverwachte of ingeplande gebeurtenissen. Beheerders nemen besluiten aan de hand van modellen.
Daarbij spelen tal van vragen een rol. Hoe snel is het reactorvermogen aan te passen? Wat is het effect van een plotseling verlies in vermogen? Hoe kan worden voorkomen dat in bepaalde gevallen de wand niet smelt?
Specifiek voor het beschrijven van de interactie van de reactorkern met de reactorwand zijn de afgelopen decennia complexe modellen ontwikkeld. Er is alleen tot nu toe weinig rekening gehouden met tijdsafhankelijkheid.
Promovendus Gijs Derks van DIFFER bestudeert daarom de ontwikkeling van een simpel model, DIV1D genaamd, dat een tijdsafhankelijke interactie tussen de reactorkern en wand beschrijft.
De uitkomsten van complexere modellen worden als meetlat gebruikt om te laten zien dat DIV1D de toestand van de reactor kan beschrijven.
Dit is niet vanzelfsprekend, want DIV1D benadert de typisch 2D oplossingen, ofwel kaarten, in 1D, ofwel een route op de kaart, en blijkt geldig zolang er niet te ver van de 1D oplossing wordt afgeweken.
In de komende twee jaar van het promotietraject van Derks is het zaak om te laten zien dat de tijdsafhankelijkheid in DIV1D goed genoeg is. Daarbij is het essentieel om te vergelijken met tijdsafhankelijke data van bestaande kernfusiereactoren over de hele wereld.
Met een voldoende valide model in de hand is het vervolgens mogelijk om inzichtelijke keuzes te maken voor de cruise-control. Dat gebeurt al bij bestaande onderzoeksreactoren en beheerders willen dat ook doen voor de kernfusiereactor van de toekomst.
Dit onderzoek wordt verricht in samenwerking met de teams van reactor AUG in Duitsland, TCV in Zwitserland, JET en MAST-U in Groot-Brittannië en DIII-D via ORNL in de Verenigde Staten.
