Het Eindhovense onderzoeksinstituut DIFFER heeft een doorbraak gepubliceerd in onderzoek naar de wanden van kernfusiereactoren. Dit instituut richt zich op het mogelijk maken van reactoren die 24/7 kunnen draaien. Daarvoor is een reactorwand nodig die de hitte van het plasma aankan. Een dunne dampwolk boven een laag vloeibaar metaal is misschien de oplossing om deze wanden van toekomstige kernfusie-centrales te beschermen tegen extreme hitte. In Nature Communications laten promovendus Stein van Eden en collega’s van DIFFER en de Universiteit van Gent zien hoe zo’n dampwolk de energie van de fusiereactor kan opvangen en verdunnen voor die de onderliggende wand raakt. Het onderzoek laat zien dat vloeibare metalen wanden een veelbelovend concept zijn voor toekomstige energiecentrales op basis van kernfusie.
“Wat we bij DIFFER hebben, is een installatie die zich alleen maar richt op metingen van de reactorwand”, zo vertelt Gieljan de Vries, voorlichter bij DIFFER. “We kunnen wandmateriaal blootstellen aan het meest intense plasma dat we kunnen maken. Hier konden we voor de eerste keer in detail gaan kijken wat er gebeurt bij een reactorwand van vloeibaar metaal. Toen zagen we ineens dat, ook al ging de temperatuur van het plasma omhoog of omlaag, de temperatuur van de wand hetzelfde bleef.”
“De vraag is hoe je de reactor heel houdt. Uiteindelijk wil je een reactor die gewoon door kan blijven draaien en niet elke paar dagen stil moet liggen om de wand te vervangen.”Gieljan de Vries, voorlichter bij kernfusie-instituut DIFFER
Dit onderzoek toont aan dat een dampschild automatisch de temperatuur van de reactorwand stabiliseert, zelfs als de binnenkomende energie varieert. Als de oppervlaktetemperatuur stijgt, verdampt er meer vloeibaar metaal en groeit de damplaag. Die kan daardoor meer energie van het plasma opvangen en verspreiden. De combinatie van een zelfregulerende damplaag en zelfgenezende vloeistof maken vloeibare metaalwanden een veelbelovende oplossing voor toekomstige fusiereactoren.
De Vries vertelt over het belang van dit onderzoek: “Stel dat we er in slagen om een kunstmatige zon te maken, dan is dat natuurlijk erg heet, denk aan temperaturen van tienduizend graden. De vraag is hoe je de reactor dan heel houdt. Uiteindelijk wil je een reactor die gewoon door kan blijven draaien en niet elke paar dagen stil moet liggen om de wand te vervangen.”
Het onderzoek richt zich op de problemen die bij de ontwikkeling van commerciële kernfusiereactoren kunnen gaan spelen. Dat betekent niet dat je over een paar jaar al kan verwachten dat de stroom uit je stopcontact hierdoor is opgewekt. Voor het zover is moet er nog veel gebeuren. In 2025 zal het internationale kernfusie-experiment ITER beginnen, waar het doel is om meer energie op te wekken dan dat het kost om het experiment te draaien. Daarna zal er gewerkt gaan worden aan een opvolger die daadwerkelijk energie op gaat wekken. De verwachting is dat dit rond 2050 zal gebeuren.
