Diverse technieken voor kernfusie wachten op een doorbraak met radicaal nieuwe ideeën of betere concepten

Oorspronkelijk gepubliceerd in "Physics of Plasma", heeft de Max Planck Society kort en bondig de huidige status van verschillende kernfusiesystemen samengevat. Het meest interessant in deze context is ongetwijfeld het zogenaamde drievoudige product, dat de dichtheid van de beschikbare atoomkernen, hun temperatuur en de duur van een stabiele toestand weergeeft als een vermenigvuldiging van deze waarden.

Als het resultaat hoog genoeg is, wordt de drempel voor een positieve energiebalans overschreden door de betreffende technologie. Dit betekent dat er meer energie uit komt dan er in is gestopt. Dit is precies wat in 2021 voor het eerst werd bereikt met laserfusie. De Amerikaanse onderzoeksfaciliteit "National Ignition Facility" vuurde laserlicht af op metalen bollen.

De röntgenstralen die op deze manier worden geactiveerd, verhitten de waterstof binnenin tot de vereiste temperatuur. Tegelijkertijd neemt de druk in het gesloten systeem aanzienlijk toe, wat de kernfusie versnelt. Uiteindelijk overschrijdt de thermische energie de vereiste laserenergie.

In een volgende stap kan de bol ook rechtstreeks beschoten worden tot hij implodeert, maar dan zonder extra röntgenstralen. Dit werkt echter nog niet erg betrouwbaar. En helaas moet er elke keer een nieuwe bol worden ingebracht. Continue werking, die nodig zou zijn voor een energiecentrale, kan met deze methode niet worden gerealiseerd.

Energiebalans ontmoet realiteit

In theorie is een tokamak - een gigantische elektromagneet met binnenin circulerend plasma dat door middel van externe straling en interne verwarming op temperatuur wordt gebracht - echter wel in staat om precies deze continue werking uit te voeren. De energiebehoefte is echter zo enorm dat zelfs ITER, de eerste volledig functionele kernfusiereactor die nog in aanbouw is, geen elektriciteit zou kunnen opwekken - integendeel.

De technologie is echter volwassen, er wordt al tientallen jaren onderzoek naar gedaan en ze is geschikt voor een commerciële energiecentrale als het energieoverschot ooit bereikt wordt. Dit betekent niet dat een ander concept de beproefde ideeën niet kan inhalen. Er zijn bijvoorbeeld plannen om extra druk op te wekken in een tokamak. Dit zou de vereiste temperatuur aanzienlijk verlagen, wat betekent dat dit principe op zijn minst binnen het bereik van haalbaarheid ligt. Het drievoudige product komt overeen met dat van de JT-60U tokamak in Naka, Japan. Dit betekent dat er tien keer meer energie nodig is dan er geproduceerd kan worden.

Andere ideeën zijn erop gericht om slagenergie te gebruiken om een plotselinge stijging in druk en temperatuur te veroorzaken. "First Light Fusion", een spin-off van de Universiteit van Oxford, vuurt met een capsule gevuld met waterstof. De schokgolven die worden veroorzaakt, moeten de nodige druk opwekken om betere omstandigheden voor kernfusie te creëren. Hier is echter alleen het basisidee duidelijk, de uitvoering blijft vaag.

En bij de bedrijven TAE en Helion worden twee pakketjes die al in plasma zijn omgezet met maximale snelheid in een magnetisch veld geschoten en botsen ze rechtstreeks op elkaar. Tot nu toe moet u echter duizend keer meer energie in dit systeem stoppen dan u terugkrijgt.

Omstandigheden zoals in de kern van de zon: er zijn veel ideeën en het onderzoek zal doorgaan, want het nog verre doel is veel te verleidelijk.