Een lasergestuurde techniek voor het creëren van fusie die de noodzaak voor radioactieve brandstofelementen overbodig maakt en geen giftig radioactief afval achterlaat, is nu binnen bereik, zeggen onderzoekers.

Dramatische vooruitgang in krachtige, lasers met hoge intensiteit maken het voor wetenschappers levensvatbaar om na te streven wat ooit voor onmogelijk werd gehouden:het creëren van fusie-energie op basis van waterstof-boorreacties. En een Australische natuurkundige loopt voorop, gewapend met een gepatenteerd ontwerp en werken met internationale medewerkers aan de resterende wetenschappelijke uitdagingen.

In een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Laser- en deeltjesstralen vandaag, hoofdauteur Heinrich Hora van de Universiteit van New South Wales in Sydney en internationale collega's stellen dat het pad naar waterstof-boorfusie nu levensvatbaar is, en kan dichter bij realisatie zijn dan andere benaderingen, zoals de deuterium-tritiumfusie-aanpak die wordt nagestreefd door de Amerikaanse National Ignition Facility (NIF) en de International Thermonuclear Experimental Reactor in aanbouw in Frankrijk.

"Ik denk dat dit onze aanpak een voorsprong geeft op alle andere fusie-energietechnologieën, " zei Hora, die in de jaren zeventig voorspelde dat het samensmelten van waterstof en boor mogelijk zou zijn zonder de noodzaak van thermisch evenwicht. In plaats van brandstof te verhitten tot de temperatuur van de zon met behulp van massieve, sterke magneten om superhete plasma's in een donutvormige ringkernkamer te controleren (zoals in ITER), waterstof-boorfusie wordt bereikt met behulp van twee krachtige lasers in snelle bursts, die precieze niet-lineaire krachten toepassen om de kernen samen te drukken.

Waterstof-boorfusie produceert geen neutronen en, daarom, geen radioactiviteit in zijn primaire reactie. En in tegenstelling tot de meeste andere bronnen van energieproductie - zoals steenkool, gas en kernenergie, die afhankelijk zijn van verwarmingsvloeistoffen zoals water om turbines aan te drijven - de energie die wordt opgewekt door waterstof-boorfusie wordt direct omgezet in elektriciteit. Maar het nadeel is altijd geweest dat dit veel hogere temperaturen en dichtheden nodig heeft - bijna 3 miljard graden Celsius, of 200 keer heter dan de kern van de zon.

Echter, dramatische vooruitgang in lasertechnologie maakt de benadering met twee lasers bijna haalbaar, en een golf van recente experimenten over de hele wereld geeft aan dat een 'lawine'-fusiereactie kan worden geactiveerd in de biljoenste van een seconde ontploffing van een laserpuls op petawatt-schaal, wiens vluchtige uitbarstingen een biljard watt aan vermogen bevatten. Als wetenschappers deze lawine konden exploiteren, Hora zei, een doorbraak in proton-boorfusie was op handen.

"Het is heel opwindend om deze reacties bevestigd te zien in recente experimenten en simulaties, " zei Hora, emeritus hoogleraar theoretische natuurkunde aan de UNSW. "Niet alleen omdat het een bewijs is van mijn eerdere theoretische werk, maar ze hebben ook de door laser geïnitieerde kettingreactie gemeten om een ​​miljard keer hogere energie-output te creëren dan voorspeld onder thermische evenwichtsomstandigheden."

Samen met 10 collega's in zes landen - waaronder van het Israëlische Soreq Nuclear Research Center en de Universiteit van Californië, Berkeley - Hora beschrijft een routekaart voor de ontwikkeling van waterstof-boorfusie op basis van zijn ontwerp, het samenbrengen van recente doorbraken en het detailleren van wat verder onderzoek nodig is om de reactor te realiseren.

Een Australisch spin-off bedrijf, HB11 Energie, heeft de patenten voor het proces van Hora. "Als de komende jaren van onderzoek geen grote technische hindernissen aan het licht brengen, we zouden binnen tien jaar een prototypereactor kunnen hebben, " zei Warren McKenzie, directeur van HB11.

"Vanuit een technisch perspectief, onze aanpak zal een veel eenvoudiger project zijn omdat de brandstoffen en het afval veilig zijn, de reactor heeft geen warmtewisselaar en stoomturbinegenerator nodig, en de lasers die we nodig hebben, kunnen van de plank worden gekocht, " hij voegde toe.