Nieuwe magneet voor kernfusie

Onderzoekers hebben belangrijke vooruitgang geboekt op het gebied van kernfusie. Een nieuw type supergeleidende magneet die in fusiereactoren zou kunnen worden gebruikt, is met succes getest.

Kunstmatige zon op aarde – Deze droom van een vrijwel onuitputtelijke energiebron door middel van kernfusie drijft onderzoekers al tientallen jaren. Bij de fusie van waterstofatoomkernen en zijn isotopen deuterium en tritium tot heliumkernen komen enorme hoeveelheden energie vrij in sterren als de zon. Het langetermijndoel van het bouwen van een fusiecentrale die meer energie produceert dan verbruikt, zou veel van onze energieproblemen in één klap kunnen oplossen. Het grote voordeel van deze vorm van energieproductie: de brandstof voor fusie kan uit zeewater worden gehaald en is in vrijwel onbeperkte hoeveelheden beschikbaar. Bovendien kan elektriciteit worden geproduceerd zonder dat er broeikasgassen worden uitgestoten en er radioactief afval ontstaat.

Voordat kernfusie kan beginnen, moet de brandstof in fusiereactoren hoge temperaturen en druk bereiken. Het hete plasma wordt met behulp van krachtige magneten in suspensie gehouden, omdat geen enkel materiaal bestand is tegen contact met de miljoenen graden hittebrandstof. De gebruikte krachtige elektromagneten zijn samengesteld uit supergeleidende spoelen. Tot nu toe zijn de beste supergeleidende magneten krachtig genoeg geweest om plasma naar fusie-energie te brengen en deze veilig op te sluiten – maar alleen bij afmetingen en constructiekosten die niet binnen het praktische of economisch efficiënte bereik lagen.

Nieuw bestudeerde technologie

In september 2021 boekten wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) groot succes in fusieonderzoek. Ze hebben een nieuw type magneet ontwikkeld die geschikt zal zijn voor toekomstige fusiecentrales. “Je verlaagt feitelijk de kosten per watt van een kernfusiereactor met een factor van ongeveer 40 per dag”, legt Dennis White van MIT uit. “Nu heeft fusie een kans.” Supergeleidende magneten zijn afhankelijk van een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt (-273,15°C). Terwijl eerdere fusiemagneten koeling tot ongeveer 4 Kelvin vereisten, wordt een nieuw onderzocht magnetisch materiaal genaamd REBCO (zeldzame aarde bariumkoperoxide) geleidend zonder weerstand bij slechts 20 Kelvin. Dit lijkt in eerste instantie misschien een klein verschil, maar het brengt aanzienlijke voordelen met zich mee op het gebied van materiaaleigenschappen en procestechnologie, leggen wetenschappers uit. Bovendien zijn REBCO-magneten eenvoudiger te installeren. Ze vereisen geen extra isolatie, waardoor er ruimte vrijkomt om extra componenten te installeren voor koeling of om de sterkte te vergroten.

Succesvolle testprocedures

Bij de eerste tests van REBCO's nieuwe magneten creëerde het onderzoeksteam opzettelijk onstabiele omstandigheden, zoals het uitschakelen van de stroom naar een koelapparaat. Dit wordt vaak als een slecht scenario voor fusiemagneten beschouwd, omdat ze door oververhitting kunnen worden vernietigd. De foto toont de experimentele opstelling inclusief de nieuwe supergeleidende magneten bij MIT.

Wetenschappers zijn blij met de positieve resultaten. “In principe hebben we met opzet het slechtst mogelijke gedaan voor de spoel, nadat we elk ander aspect van de prestaties van de spoel hadden getest. “We ontdekten dat het grootste deel van de spoel zonder enige schade overleefde”, legt White uit. Hij vat de succesvolle test van de nieuw ontdekte spoel samen magnet als “het belangrijkste in het kernfusieonderzoek van de afgelopen dertig jaar.”

© Wissenschaft.de – Johannes Becker