Fusie-energie heeft het potentieel om schone en veilige energie te leveren die vrij is van kooldioxide-emissies. Echter, het nabootsen van het zonne-energieproces is een lastige opgave. Twee jonge plasmafysici van de Chalmers University of Technology hebben een technologiemodel ontwikkeld dat zou kunnen leiden tot betere methoden voor het vertragen van weggelopen elektronen die een toekomstige reactor zonder waarschuwing zouden kunnen vernietigen.

Er zijn hoge druk en temperaturen van ongeveer 150 miljoen graden nodig om atomen te laten samensmelten. Aanvullend, op hol geslagen elektronen richten grote schade aan in de fusiereactoren die momenteel worden ontwikkeld. In tokamak-reactoren, ongewenste elektrische velden kunnen het hele proces in gevaar brengen. Elektronen met extreem hoge energie kunnen plotseling versnellen tot snelheden die zo hoog zijn dat ze de reactorwand vernietigen.

Het zijn deze op hol geslagen elektronen die promovendi Linnea Hesslow en Ola Embréus met succes hebben geïdentificeerd en afgeremd. Samen met hun adviseur Professor Tünde Fülöp aan het Chalmers Department of Physics, ze hebben op hol geslagen elektronen effectief afgeremd door zogenaamde zware ionen van neon of argon in de vorm van gas of pellets te injecteren.

Wanneer de elektronen botsen met de hoge lading in de kernen van de ionen, ze stuiten op weerstand en verliezen snelheid. Door de vele botsingen is de snelheid beheersbaar en kan het fusieproces doorgaan. Met behulp van wiskundige beschrijvingen en plasmasimulaties, het is mogelijk om de energie van de elektronen te voorspellen - en hoe deze verandert onder verschillende omstandigheden.

"Als we weggelopen elektronen effectief kunnen vertragen, we zijn een stap dichter bij een functionele fusiereactor. Aangezien er zo weinig opties zijn om op een duurzame manier in de groeiende energiebehoefte van de wereld te voorzien, fusie-energie is ongelooflijk opwindend, omdat het zijn brandstof uit gewoon zeewater haalt, ' zegt Linnea Hesslow.

Zij en haar collega's hebben onlangs hun artikel gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . "De belangstelling voor dit werk is enorm. De kennis is nodig voor toekomstige grootschalige experimenten en biedt hoop voor het oplossen van moeilijke problemen. We verwachten dat het werk in de toekomst een grote impact zal hebben, " zegt professor Tünde Fülöp.

Ondanks de grote vooruitgang die de afgelopen vijftig jaar is geboekt in het onderzoek naar fusie-energie, er is nog steeds geen commerciële kernfusiecentrale. Direct, alle ogen zijn gericht op de internationale onderzoekssamenwerking rond de ITER-reactor in Zuid-Frankrijk.

"Velen geloven dat het zal werken, maar het is gemakkelijker om naar Mars te reizen dan om fusie te bereiken. Je zou kunnen zeggen dat we hier op aarde sterren proberen te oogsten, en dat kan tijd kosten. Het duurt ongelooflijk hoge temperaturen, heter dan het centrum van de zon, voor ons om hier op aarde met succes tot fusie te komen. Daarom hoop ik dat onderzoek de middelen krijgt die nodig zijn om het energievraagstuk op tijd op te lossen, ' zegt Linnea Hesslow.

Feiten:Fusie-energie en weggelopen elektronen

Fusie-energie ontstaat wanneer lichte atoomkernen worden gecombineerd met behulp van hoge druk en extreem hoge temperaturen van ongeveer 150 miljoen graden Celsius. De energie wordt op dezelfde manier opgewekt als in de zon. Fusie-energie is een veel veiliger alternatief voor kernenergie, die is gebaseerd op de splitsing (splijting) van zware atomen. Als er iets misgaat in een fusiereactor, het hele proces stopt en het wordt koud. Anders dan bij een nucleair ongeval, er is geen risico dat de omgeving wordt aangetast. De brandstof in een fusiereactor weegt niet meer dan een postzegel, en de grondstoffen komen uit gewoon zeewater.