In een wereld die worstelt om van haar verslaving aan fossiele brandstoffen af ​​te komen en haar groeiende honger naar energie te voeden, er is één technologie in ontwikkeling die bijna te mooi klinkt om waar te zijn:kernfusie.

Als het werkt, fusie-energie biedt enorme hoeveelheden schone energie met een bijna onbeperkte brandstofbron en vrijwel geen koolstofemissies. Dat is als het werkt. Maar er zijn teams van onderzoekers over de hele wereld en er worden miljarden dollars uitgegeven om ervoor te zorgen dat dit gebeurt.

In februari vorig jaar begon een nieuw hoofdstuk in het onderzoek naar fusie-energie met de formele opening van Wendelstein 7-X. Dit is een experimentele fusiereactor van € 1 miljard (A $ 1,4 miljard) gebouwd in Greifswald, Duitsland, om een ​​reactorontwerp te testen dat een stellarator wordt genoemd.

Het is de bedoeling dat het rond 2021 tot 30 minuten kan werken, wat een record zou zijn voor een fusiereactor. Dit is een belangrijke stap op weg naar het demonstreren van een essentieel kenmerk van een toekomstige fusiecentrale:continu bedrijf.

Maar de W-7X is niet het enige fusionspel in de stad. In Zuid-Frankrijk wordt ITER gebouwd, een experimentele fusiereactor van $ 20 miljard (A $ 26,7 miljard) die een ander ontwerp gebruikt, een tokamak genaamd. Echter, ook al gebruiken de W-7X en ITER verschillende ontwerpen, de twee projecten vullen elkaar aan, en innovaties in één zullen zich waarschijnlijk vertalen in een uiteindelijk werkende kernfusiecentrale.

Wendingen en bochten

Fusie-energie probeert de reactie na te bootsen die onze zon aandrijft, waar twee zeer lichte atomen, zoals waterstof of helium, zijn samengesmolten. Het resulterende gefuseerde atoom wordt uiteindelijk iets lichter dan de oorspronkelijke twee atomen, en het verschil in massa wordt omgezet in energie volgens de formule van Einstein E=mc².

De moeilijkheid zit hem in het aanmoedigen van de twee atomen om te fuseren, waarvoor ze moeten worden verwarmd tot miljoenen graden Celsius. Het is niet eenvoudig om zo'n oververhitte brandstof te bevatten, dus het wordt omgezet in een heet geïoniseerd gas - een plasma - dat in een magnetisch veld kan worden opgenomen, zodat het de binnenkant van de reactor niet echt raakt.

Wat de W-7X bijzonder interessant maakt, is het stellaratorontwerp. Het bestaat uit een vacuümkamer ingebed in een magnetische fles gecreëerd door een systeem van 70 supergeleidende magneetspoelen. Deze produceren een krachtig magnetisch veld om het hete plasma op te sluiten.

Stellarators en tokamaks zijn beide soorten toroidale (donutvormige) magnetische opsluitingsapparaten die worden onderzocht op fusie-energie. Bij deze experimenten creëert een sterk torusvormig (of ringvormig) magnetisch veld een magnetische fles om het plasma op te sluiten.

Echter, om ervoor te zorgen dat het plasma goed wordt opgesloten in de donutvormige kamer, het magnetische veld moet een draai hebben. In een tokamak, zoals in de ITER-reactor, een grote stroom vloeit in het plasma om het vereiste gedraaide pad te genereren. Echter, de grote stroom kan "knik"-instabiliteiten veroorzaken, waardoor het plasma kan worden verstoord.

Als het plasma wordt verstoord, de reactor moet worden overstroomd met gas om het plasma te blussen en te voorkomen dat het het experiment beschadigt.

In een sterretje, de draaiing in het magnetische veld wordt verkregen door de hele machine zelf te draaien. Dit verwijdert de grote ringkernstroom, en maakt het plasma intrinsiek stabieler. De kosten zitten in de technische complexiteit van de veldspoelen en verminderde opsluiting, wat betekent dat het plasma minder gemakkelijk wordt opgenomen in de magnetische bel.

Samenkomen

Hoewel de W7-X en ITER verschillende benaderingen gebruiken, de meeste onderliggende technologie is identiek. Het zijn beide toroidale supergeleidende machines, en beide gebruiken externe verwarmingssystemen zoals radiofrequentie en neutrale straalinjectie om het plasma te verwarmen, en veel van de plasma diagnostische technologie is gemeenschappelijk.

In een elektriciteitscentrale, zware isotopen van waterstof (deuterium en tritium) smelten samen tot helium samen met een energetisch neutron. Terwijl het helium zich in het plasma bevindt, het neutron heeft een neutrale elektrische lading, en schiet weg in de "deken" rond het plasma. Dit verwarmt het, die op zijn beurt een stoomturbine aandrijft die elektriciteit opwekt.

Een gemeenschappelijk kenmerk van fusie-energie is de noodzaak om materialen te ontwikkelen die bestand zijn tegen de hoge hitte en snelle neutronen die door de fusiereactie worden gegenereerd. Ongeacht het ontwerp, de eerste wand van een fusiereactor moet gedurende zijn hele leven bestand zijn tegen een enorm bombardement van hoogenergetische deeltjes.

In dit stadium, het is te vroeg om te zeggen of het tokamak-ontwerp dat wordt gebruikt door ITER of de stellarator die door W-7X wordt gebruikt, beter geschikt zal zijn voor een commerciële fusiecentrale. Maar het begin van de onderzoeksactiviteiten van W-7X zal niet alleen helpen beslissen welke technologie het beste kan worden nagestreefd, maar zal waardevolle kennis bijdragen aan toekomstige fusie-experimenten, en misschien ooit een ware energierevolutie.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.