Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Bij de National Ignition Facility (NIF) in de VS wordt met 192 krachtige lasers gewerkt aan een nieuwe manier om energie op te wekken.
Als trouwe volger van de site en het blad weet je dat we het in KIJK vaker hebben gehad over die andere manier van kernenergie: kernfusie. Die werkt niet met het doormidden schieten van atomen, maar door ze, net als in de zon gebeurt, te laten samensmelten. En bij de Amerikaanse National Ignition Facility (NIF) van het Lawrence Livermore National Laboratory hebben ze op dat gebied een mooie stap gezet.
Lees ook:
Geen meltdown
De voordelen van fusie ten opzichte van splitsing zijn duidelijk. De energieproductie lijkt onbeperkt, er is geen uranium voor nodig, radioactief afval vormt een veel kleiner probleem dan bij onze huidige kerncentrales, en een meltdown is uitgesloten. En dus wordt er op allerlei plekken ter wereld al tientallen jaren gewerkt aan manieren om de zon op aarde na te bootsen.
In onze ster smelten onder extreem hoge druk en temperaturen van rond de 15 miljoen graden waterstofatomen samen tot heliumatomen. Cruciaal daarbij is dat zo’n heliumatoom net iets minder weegt dan de vier waterstofatomen waaruit het is ontstaan. Dat minieme verschil in massa tussen voor en na wordt omgezet in energie. En daarop brandt de zon al zo’n 4,5 miljard jaar en dat blijft hij nog minstens zo lang doen.
150 miljoen graden
De enorm hoge druk die in de zon heerst, kunnen we hier op aarde niet nabootsen en om de kernen toch te laten samensmelten, moeten de temperaturen veel hoger worden opgestookt. Bij de kernfusie-proefreactor ITER, die nu in Zuid-Frankrijk wordt gebouwd (foto hieronder), doen ze dat in een tokamak; een enorme donutvormige kamer waarin een plasma rondraast van ongeveer 150 miljoen graden Celsius.
192 lasers
Bij het Amerikaanse NIF werken ze op een kleinere schaal. Daar staan 192 krachtige lasers opgesteld die gebundeld ultraviolet licht op een heel kleine fusiekamer, de hohlraum, in het midden mikken. In dat kamertje wordt een capsule (formaat peperkorrel) geplaatst met een mix van deuterium en tritium die vervolgens door de lasers bij een gigantische druk enorm wordt verhit.
Smeltende atomen
De lasers van 500 miljard Watt (!) vuren slechts een miljardste seconde, maar dat is genoeg om de temperatuur van de fusiebrandstof in de hohlraum op te laten lopen tot meer dan 3 miljoen graden Celsius. Daardoor ontstaan er röntgenstralen die de buitenkant van de capsule, de ablator, laten smelten. Dit veroorzaakt een raketachtige implosie die de DT-brandstof samenperst tot extreme dichtheden en verhit tot honderden miljoenen graden Celsius. Daardoor smelten de waterstofatomen tot heliumkernen (alfadeeltjes) en komen hoogenergetische neutronen en andere vormen van energie vrij.
Kettingreactie
Het idee is dat die alfadeeltjes vervolgens meer fusiebrandstof verhitten, zodat er een zichzelf onderhoudende fusiereactie op gang wordt gebracht. En die zou dan meer energie moeten opleveren dan erin is gestopt. Dat lukte in 2014 toen de wetenschappers een ‘nettowinst’ boekten van 100 kilojoule. Maar de meest recente experimenten leverden maar liefst 1,3 megajoule op; acht keer meer dan een soortgelijke test in het voorjaar van 2021.
De resultaten moeten nog worden bevestigd met nieuwe tests. En zelfs als blijkt dat die stap er echt eentje is, heeft kernfusie nog een lange, lange weg te gaan. Maar elke stap is er eentje.
Bronnen: Lawrence Livermore National Laboratory, NIF, New Atlas