Alle onderdelen van ’s werelds grootste en krachtigste pulserende magneetsysteem voor het kernfusie-experiment ITER zijn compleet.
Dit systeem vormt de onzichtbare “kooi” waarin het extreem hete plasma (een gloeiendhete soep van elektrisch geladen deeltjes) veilig op zijn plek gehouden wordt. Zonder die magneten zou het plasma elk materiaal direct doen smelten. Om te begrijpen wat dit betekent, moet je eerst weten wat kernfusie is en hoe een fusiereactor werkt.
Kernfusie is het proces dat in de zon zorgt voor al die intense warmte en licht. Daarbij botsen twee lichte atoomkernen (meestal isotopen van waterstof, deuterium en tritium) onder extreem hoge temperaturen en druk zo hard tegen elkaar dat ze samensmelten tot één zwaardere kern. Bij dat samensmeltproces komt enorm veel energie vrij. Op aarde proberen we dat na te bootsen in een apparaat dat een tokamak heet (er zijn ook andere types kernfusiereactoren, zoals stellarators, maar de meeste experimentele reactoren zijn tokamaks). Een tokamak is een donutvormig vat waarin plasma tot ruim 150 miljoen graden Celsius verhit wordt. Dat is tien keer heter dan het binnenste van de zon!
Wat is ITER?
ITER (wat staat voor International Thermonuclear Experimental Reactor) is een megaproject in Zuid-Frankrijk dat de grootste experimentele tokamak tot nu toe probeert te bouwen. Het is een enorme onderzoeksreactor waarbinnen wetenschappers de juiste omstandigheden proberen na te bootsen om kernfusie mogelijk te maken. ITER is geen energiecentrale die huizen van stroom voorziet, maar een experiment om te bewijzen dat fusie op aarde kan werken. Als dat lukt, opent het de deur naar een volledig nieuwe manier van energie opwekken: schoon, krachtig en zo goed als onuitputtelijk (als er genoeg tritium kan worden geproduceerd, ten minste).
ITER is geen solo-project, maar een wereldwijd samengestelde machine. Meer dan dertig landen, waaronder verschillende Europese landen, China, Rusland, de Verenigde Staten, Japan en Zuid-Korea, leveren elk stukjes van wat een van ‘s werelds meest complexe puzzels zal worden.
Zeven supermagneten
Een van die stukjes, wellicht een van de belangrijkste, is het hierboven genoemde pulserende magneetsysteem, dat nu dus klaar is. Dat was op zich al een complexe puzzel. In de kern van de ITER-Tokamak bevinden zich zeven supermagneten: één centrale solenoïde (de “as” van de donut) en zes ringvormige veldmagneten. Samen wegen deze kolossen bijna 3.000 ton en creëren ze een magnetisch veld dat honderdduizenden malen sterker is dan het magnetische veld van de aarde. Om een idee te geven van hun kracht: één van die magneten zou een volledig vliegdekschip kunnen optillen. Bovendien worden ze gekoeld tot vrijwel het absolute nulpunt (–269 graden Celsius), zodat ze supergeleidend worden en gigantische stromen zonder energieverlies kunnen dragen.
Proof-of-concept
Met het magneetsysteem compleet kan nu de Tokamak verder opgebouwd worden. De eerste grootschalige tests staan gepland in de jaren 2030, wanneer men wil aantonen dat het fusieproces in totaal meer energie oplevert dan het kost om het plasma te verwarmen. Het doel is een zogenaamde positieve energiebalans: met 50 megawatt aan elektrische verwarming moet zo’n 500 megawatt aan fusie-energie vrijkomen. Dat is genoeg om een kleine stad van stroom te voorzien. Belangrijke kanttekening is wel dat deze energie nooit op het grid terechtkomt. Het is puur een proof-of-concept om aan te tonen dat kernfusiereactoren rendabel kunnen zijn. Als dat zo blijkt, volgen commerciële kernfusiecentrales, die onze huizen van stroom kunnen voorzien, waarschijnlijk in de jaren 2040 of 2050 (of nog later, indien ITER teleurstelt).
Waarom het de moeite waard is
Waarom al die technische toeren? Kernfusie belooft een bijna onuitputtelijke energiebron zonder CO2-uitstoot en met zeer weinig (en minder langlevend) radioactief afval. De brandstof is overvloedig aanwezig in zeewater. Tritium is een potentieel knelpunt, maar fusiewetenschappers geloven dat het mogelijk is om deze isotoop te ‘kweken’ in fusiereactoren. Maar het is al bijna een eeuw lang koffiedik kijken of rendabele kernfusie op aarde überhaupt mogelijk is. Of zoals veel ingenieurs grappen: ‘kernfusie is altijd 30 jaar ver weg’.
