Wat is Magnetic Confinement Fusion?

Magnetische insluitingfusie is een benadering van kernfusie waarbij een plasma (geïoniseerd gas) in een magnetisch veld wordt gesuspendeerd en de temperatuur en druk ervan tot grote niveaus worden verhoogd. Nucleaire fusie is een soort kernenergie die wordt geproduceerd wanneer lichte atoomkernen - waterstof, deuterium, tritium of helium - bij hoge temperaturen en drukken met elkaar worden versmolten. Al het licht en de warmte van de zon is afkomstig van kernfusiereacties die in de kern plaatsvinden. Hierdoor kan de zon überhaupt bestaan ​​- de uiterlijke druk van de fusiereacties brengt de neiging tot zwaartekrachtszwaarte in evenwicht.

Hoewel de mensheid splijtingsenergie heeft gebruikt - zware kernen afbreekt - voor kernenergie, ontgaat ons nog steeds succesvolle fusiekracht. Tot nu toe verbruikt elke poging om fusievermogen te genereren meer energie dan het produceert. Magnetische insluitingfusie is een van de twee populaire benaderingen van kernfusie - de andere is inertiële insluitingfusie, waarbij een brandstofpellet wordt gebombardeerd met krachtige lasers. Er is momenteel een project van meerdere miljarden dollars dat elk pad nastreeft - de National Ignition Facility in de Verenigde Staten streeft fusie met traagheidsopsluiting na en de International Thermonuclear Experimental Reactor, een internationaal project, streeft fusie met magnetische opsluiting na.

Experimenten in magnetische opsluiting fusie begon in 1951, toen Lyman Spitzer, een fysicus en astronoom, de Stellerator bouwde, een in de vorm van een acht gevormd plasma opsluitapparaat. Een grote doorbraak kwam in 1968, toen Russische wetenschappers het tokamak-ontwerp aan het publiek presenteerden, een torus die het ontwerp zou zijn van de meeste magnetische opsluitingsfusies die nog zouden komen. In 1991 was er nog een stap vooruit met de bouw van START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) in het VK, een spheromak of een bolvormige tokamak. Tests toonden aan dat dit apparaat ongeveer drie keer beter was dan de meeste tokamaks bij het initiëren van fusiereacties, en spheromaks blijven een doorlopend onderzoeksgebied in fusieonderzoek.

Om de fusiereacties efficiënt te laten zijn, moet het centrum van een tokamak-reactor worden verwarmd tot temperaturen van ongeveer 100 miljoen Kelvin. Bij zulke hoge temperaturen hebben de deeltjes enorme kinetische energie en proberen ze constant te ontsnappen. Eén fusieonderzoek vergelijkt de uitdaging van magnetische opsluitingfusie met die van een ballon knijpen - als je hard aan de ene kant drukt, springt het er gewoon uit aan de andere kant. Bij magnetische opsluitingsfusie veroorzaakt dit "eruit springen" deeltjes van hoge temperatuur met de reactorwand botsen, stukjes metaal afschrapen in een proces dat bekend staat als "sputteren". Deze deeltjes absorberen energie, waardoor de totale temperatuur van het ingesloten plasma wordt verlaagd en het moeilijk wordt om de juiste temperatuur te bereiken.

Als fusiekracht onder de knie zou kunnen worden, zou dit een ongeëvenaarde energiebron voor de mensheid kunnen worden, maar zelfs de meest optimistische onderzoekers verwachten geen commerciële energieopwekking vóór 2030.