Kernfusie wordt efficiënter en slanker met microgolven

De grote uitdaging van kernfusie is het bereiken van de noodzakelijke voorwaarden om atoomkernen überhaupt te laten fuseren. Dit werkt goed op de zon. Maar het is moeilijk om dit op kleine schaal na te bootsen zonder de bijna oneindige druk van 330.000 aardmassa's.

Tegelijkertijd betekent elke optimalisatie of vereenvoudiging van de structuur een verdere stap op weg naar het uiteindelijk verkrijgen van meer energie uit fusie dan er in de werking van het systeem wordt gestoken.

Een nieuw ontwerp, ontwikkeld door onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory, het Amerikaanse Ministerie van Energie, de Universiteit van Kyushu en een particulier bedrijf is daar één van.

Er wordt namelijk niet alleen één component tijdens de bouw weggelaten, maar de energie die nodig is om het plasma te produceren, wordt ook aanzienlijk verminderd. Om de metafoor van de wetenschappers te gebruiken: in plaats van een broodrooster wordt er in de toekomst een magnetron gebruikt om te verwarmen.

Dubbele besparing

Dit betekent dat het krachtige verwarmingselement in de tokamak, dat net als een broodrooster ohmse weerstand voor verwarming gebruikt, overbodig wordt. Dit betekent dat de hele reactor veel compacter gebouwd kan worden en dat er minder onderdelen gebruikt hoeven te worden, precies daar waar de maximale temperaturen bereikt worden.

Microgolfstraling daarentegen, die ook kan worden gebruikt om thuis te verwarmen, wordt van buitenaf uitgezonden. Volgens het artikel is het ook mogelijk om opmerkelijke besparingen te realiseren in de stroomvoorziening.

In plaats van de vroegere 15 tot 25 megaampère stroom, is er "slechts" 8 megaampère nodig om de microgolven op te wekken om een temperatuur van ongeveer 100 miljoen graden te bereiken.

Er zijn nu verdere simulaties nodig om de optimale invalshoek en tijdsintervallen tussen de pulsen te bepalen. Tot slot moet er rekening worden gehouden met andere factoren onder de extreme omstandigheden. Zulke sterke microgolfstraling induceert onder andere stromen in de plasmastroom, die ook bijdragen aan verwarming, maar ook instabiliteiten kunnen veroorzaken.