Koto_feja/Getty Images

Het grootste deel van de energie die we in ons dagelijks leven gebruiken, komt van de zon. Planten zetten zonne-energie om in koolhydraten, dieren eten de planten en mensen eten beide. Sommige van die planten en dieren vallen uiteen in fossiele brandstoffen, die we vervolgens gebruiken om onze huizen te verwarmen, onze telefoons op te laden en onze auto's van stroom te voorzien. Maar wat als we de tussenpersoon konden uitschakelen? De afgelopen jaren hebben wetenschappers in China enorme vooruitgang geboekt in de richting van dat doel met de creatie van een ‘kunstmatige zon’.

China heeft niet letterlijk een zon gebouwd, maar onderzoekers maken gebruik van het nucleaire proces dat de ster aandrijft:fusie. In tegenstelling tot de splijting in conventionele reactoren worden bij fusie twee lichte kernen samengevoegd, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt, terwijl er alleen helium als bijproduct ontstaat. Dit maakt fusie tot een veel schonere energiebron dan de verbranding van fossiele brandstoffen, waarbij broeikasgassen vrijkomen, of splijting, waarbij langlevend radioactief afval ontstaat.

Het beheersen van fusie is uiterst moeilijk. Het vereist temperaturen van miljoenen graden en een druk die elk materiaal zou verpletteren. In de kern van de zon smelt waterstof bij een temperatuur van ongeveer 50 tot 60 miljoen graden Fahrenheit en een druk van 3,6 miljard psi – meer dan 200 miljard keer de druk op het aardoppervlak. Het reproduceren van deze omstandigheden in een laboratorium is een enorme uitdaging, en het handhaven ervan is nog moeilijker. Dat is de reden waarom het recente succes van het Chinese Instituut voor Plasmafysica – dat op 20 januari 2025 plasma produceerde en gedurende meer dan 1000 seconden vasthield – zo’n mijlpaal is.

De Tokamak:een futuristische machine die de kracht van de zon kan bevatten

De doorbraak van China kwam met de Experimental Advanced Superconducting Tokamak, oftewel EAST. Hoewel er wereldwijd veel tokamaks bestaan, is EAST de enige die het plasma zo lang stabiel heeft gehouden. De onderliggende principes van een tokamak zijn echter relatief eenvoudig.

Ten eerste:insluiting. Omdat plasma voor welk materiaal dan ook te heet is om contact te overleven, gebruikt een tokamak een donutvormig magnetisch veld om het plasma op te hangen; er zijn geen fysieke muren nodig. Door het plasma te laten draaien, worden de elektronen in één richting uitgelijnd, waardoor het plasma een elektromagnetische lading krijgt die als een zwevende magneet omhoog kan worden gehouden.

Ten tweede:druk. De kerndruk van de zon is enorm, maar in een tokamak vertrouwen we op de ideale gaswet om temperatuur en druk met elkaar te verbinden. EAST bereikt temperaturen van meer dan 180 miljoen graden Fahrenheit, waardoor de druk relatief laag blijft en toch fusiereacties mogelijk zijn.

Waarom de Chinese Tokamak 180 miljoen graden weerstaat

Hoewel het plasma de reactorwanden nooit raakt, straalt het nog steeds intense hitte uit. De echte technische uitdaging is om te voorkomen dat de omringende componenten door de hitte smelten. Om dit te doen, gebruiken de ontwerpers van Tokamak supergeleiders met hoge temperaturen, die zelfs bij extreme temperaturen elektriciteit vrijwel zonder weerstand geleiden.

Terwijl de meeste reactoren gebruik maken van supergeleiders bij lage temperaturen die enorme koeling vereisen, maakt EAST gebruik van zeldzame aardmetalen bariumkoperoxide (REBCO). REBCO elimineert de behoefte aan grote cryogene systemen en verbetert de energie-efficiëntie – cruciaal voor een fusiereactor die meer energie moet produceren dan hij verbruikt.

Het terugdringen van energieverlies is essentieel om kernfusie binnen het bereik van praktische, schone energie te brengen. Elke stapsgewijze verbetering, zoals de Chinese EAST-tokamak, brengt ons dichter bij dat doel.