Kernfusie kan mogelijk met veel minder energie worden ontstoken: 'Verwarm eerst, voeg daarna brandstof toe'

In dit artikel:

Onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hebben een energiezuinigere route naar ‘ignition’ van fusieplasma berekend. Daarbij bereikt het plasma zelfonderhoudende verbranding doordat het eerst sterk wordt verhit en pas daarna dichter wordt gemaakt door extra brandstof toe te voegen. Deze aanpak volgt het zogeheten Cordey-zadel, een energetisch gunstiger traject tussen een extern verwarmd en een zelfverhittend plasma.

De onderzoekers, Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono en Jonathan Menard, breidden het klassieke Lawson-criterium uit met onder meer warmteverlies, straling, helium-as en verontreinigingen uit de reactorwand. Daardoor biedt hun model niet alleen een grenswaarde voor fusie, maar ook een routekaart naar ontsteking. De studie verscheen in Physical Review Letters.

Uit de berekeningen blijkt bovendien dat zelfs een kleine hoeveelheid wolfraam grote gevolgen kan hebben. Als één op de 10.000 plasmadeeltjes uit dit hittebestendige wandmateriaal bestaat, is volgens PPPL ongeveer twee keer zoveel plasmadruk nodig om ontsteking te bereiken. Dat vergroot de kans dat een tokamak tegen magnetohydrodynamische stabiliteitsgrenzen aanloopt, vooral bij sterke magneetvelden en in realistische driedimensionale reactoren.

Het onderzoek is nog theoretisch: geen bestaand experiment heeft de optimale omstandigheden bereikt. Mogelijke oplossingen voor verontreiniging zijn vloeibaar lithium en brandstof waarvan de spins zijn uitgelijnd. Toekomstige experimenten moeten uitwijzen of de berekende route praktisch werkt en fusieontwerpen daadwerkelijk efficiënter en stabieler kan maken.