Kernfusie is een proces waarbij twee atoomkernen in één worden gecombineerd, waarbij een grote hoeveelheid energie vrijkomt. Dit in tegenstelling tot kernsplijting, waarbij een atoomkern in twee of meer kleinere wordt gesplitst. Kernfusie is het proces dat de zon en de sterren aandrijft.

Hoe werkt een kernfusiereactor?

Een kernfusiereactor is een apparaat dat een aanhoudende kernfusiereactie creëert en controleert. Er zijn veel verschillende soorten kernfusiereactoren, maar ze hebben allemaal een aantal basiskenmerken gemeen.

1. Plasma-opsluiting

De eerste stap bij het creëren van een kernfusiereactie is het creëren van een plasma. Een plasma is een heet, elektrisch geladen gas. In een kernfusiereactor bestaat het plasma uit deuterium en tritium, twee isotopen van waterstof.

Het plasma moet worden opgesloten in een magnetisch veld, zodat het niet in contact komt met de wanden van de reactor en afkoelt. Er zijn twee hoofdtypen magnetische opsluitingssystemen:tokamaks en stellarators.

In een tokamak wordt het plasma opgesloten in een donutvormig magnetisch veld. Het magnetische veld wordt gecreëerd door een reeks supergeleidende spoelen.

In een stellarator wordt het plasma opgesloten in een complexer magnetisch veld. Het magnetische veld wordt gecreëerd door een reeks permanente magneten.

2. Verwarming

Zodra het plasma is opgesloten, moet het tot een zeer hoge temperatuur worden verwarmd. Dit gebeurt doorgaans met behulp van verschillende methoden, waaronder microgolven, radiogolven en injectie van neutrale stralen.

De temperatuur van het plasma moet hoog genoeg zijn om de elektrische afstoting tussen de deuterium- en tritiumkernen te overwinnen. Wanneer de temperatuur hoog genoeg is, zullen de kernen samensmelten, waardoor energie vrijkomt.

3. Energiewinning

De energie die vrijkomt bij de fusiereactie kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Dit gebeurt door de warmte van het plasma te gebruiken om een ​​turbine aan te zetten, die elektriciteit opwekt.

De uitdagingen van kernfusie

Kernfusie is een veelbelovende energiebron, maar er zijn een aantal uitdagingen die overwonnen moeten worden voordat het commercieel levensvatbaar kan zijn.

1. Plasma-opsluiting

Het plasma moet worden opgesloten in een magnetisch veld, zodat het niet in contact komt met de wanden van de reactor en afkoelt. Dit is een moeilijke taak, en het is een van de grootste uitdagingen voor het onderzoek naar kernfusie.

2. Verwarming

Het plasma moet tot een zeer hoge temperatuur worden verwarmd. Ook dit is een lastige opgave, en ook een van de grootste uitdagingen voor het onderzoek naar kernfusie.

3. Energiewinning

De energie die vrijkomt bij de fusiereactie moet worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Dit is een relatief eenvoudige taak, maar het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de efficiëntie van het proces zo hoog mogelijk is.

De toekomst van kernfusie

Kernfusie heeft het potentieel om een ​​veilige, schone en duurzame energiebron te bieden. Er zijn echter een aantal uitdagingen die moeten worden overwonnen voordat het commercieel levensvatbaar kan zijn.

Er wordt onderzoek gedaan naar kernfusie en er zijn een aantal veelbelovende ontwikkelingen. Als deze ontwikkelingen zich voortzetten, zou kernfusie binnen enkele decennia werkelijkheid kunnen worden.

Hier zijn enkele van de belangrijkste uitdagingen die moeten worden overwonnen voordat kernfusie commercieel levensvatbaar kan zijn:

* Plasma-opsluiting: Het plasma moet lang genoeg in een magnetisch veld worden opgesloten om de fusiereacties te laten plaatsvinden. Dit is een moeilijke taak, omdat het plasma heet en sterk geladen is en de neiging heeft om uit het magnetische veld te willen ontsnappen.

* Verwarming: Om de kernen te laten samensmelten moet het plasma tot een zeer hoge temperatuur worden verwarmd. Dit is een uitdagende taak, omdat het veel energie kost om het plasma tot de vereiste temperatuur te verwarmen.

* Materialen: De materialen waarmee de reactor is gebouwd, moeten bestand zijn tegen de hoge temperaturen en straling die gepaard gaan met het fusieproces. Dit is een lastige uitdaging, omdat er momenteel geen materialen beschikbaar zijn die aan deze eisen kunnen voldoen.

* Tritiumveredeling: Tritium is een van de isotopen van waterstof die wordt gebruikt bij kernfusiereacties. Tritium is radioactief en heeft een korte halfwaardetijd, waardoor het voortdurend moet worden aangevuld in de reactor. Dit is een uitdagende taak, omdat het een complex en duur proces vereist.

Ondanks de uitdagingen zijn er een aantal redenen om optimistisch te zijn over de toekomst van kernfusie. Ten eerste is kernfusie een veelbelovende energiebron. Het is schoon, veilig en duurzaam. Ten tweede zijn er een aantal veelbelovende ontwikkelingen in het kernfusieonderzoek. Ten derde is er een groeiende internationale inspanning om kernfusietechnologie te ontwikkelen.

Als deze gezamenlijke inspanningen worden voortgezet, zou kernfusie in de tweede helft van deze eeuw een belangrijke mondiale energiebron kunnen worden.