Kernfusie met een twist

Hoewel kernfusie wordt gezien als de duurzame energiebron van de toekomst, blijft het opwekken van energie door een ‘zon in een doos’ een complexe uitdaging. Op meerdere fronten werken onderzoekers hard aan de realisatie van een kernfusiereactor.

TU/e-promovendus Ralf Mackenbach ontwikkelde een wiskundig model om onstuimige wervelingen van het gloeiendhete plasma te kunnen voorspellen. Het in bedwang kunnen houden van fusiemateriaal komt hiermee mogelijk weer een kleine stap dichterbij.

De zon heeft een gigantische massa en kan door de immense zwaartekracht in de kern alles samendrukken en verwarmen tot zo’n 15 miljoen graden Celsius. Bij deze omstandigheden kunnen onder andere waterstofatomen samensmelten tot nieuw elementen; een proces waar enorm veel energie en warmte bij vrij komt. De zon doet al miljarden jaren aan kernfusie. "Maar bij het nabootsen van dit energieproces op aarde vallen we van de ene uitdaging in de andere.”

Want er zijn drie belangrijke criteria nodig om een ‘zon in een doos’ te realiseren. Mackenbach somt op: veel deeltjes dicht bij elkaar, heet genoeg, isolerend genoeg. Momenteel worden er verschillende types kernfusiereactoren ontwikkeld – twee belangrijke daarvan zijn de zogenoemde tokamak en stellarator – waarin de temperatuur kan oplopen tot 150 miljoen graden Celcius.

Maar wat is er langdurig bestand tegen zulke hitte? We werken met gigantisch sterke magneetvelden, legt Mackenbach uit. “De deeltjes in het hete plasma kunnen door deze magneetvelden bij elkaar gehouden worden. Ze moeten daarvoor wel een speciale vorm hebben, namelijk een soort donut zoals duidelijk zichtbaar bij de tokamak. De magneetvelden van de stellarator hebben een complexere vorm, meer een gewokkelde donut.”

Mackenbach toont de ring die hij aan een ketting om zijn hals heeft hangen. “Wendelstein 7-X op schaal, de grootste kernfusiereactor van het type stellarator die in het Max Planckinstituut voor Plasmafysica in het Duitse Greifswald staat. Tijdens mijn promotietraject ben ik daar elk jaar zo’n drie maanden geweest.”

Met een knipoog: “Zo draag ik mijn onderzoek altijd bij me. En heel handig om vrienden die niet in het veld zitten uit te leggen wat ik doe. Een term als ‘gewokkelde donut’ wordt zo een stuk inzichtelijker.”