Innovatief 'Super-X' ontwerp voor hittebeheersing in de uitlaat van kernfusiereactoren
Temperaturen van meer dan 10.000 graden Celsius en een ‘hagelbui’ van geladen fusiedeeltjes: dit zijn extreme omstandigheden waar de uitlaatwand (divertor) van toekomstige fusiecentrales tegen bestand moet zijn. Het omgaan met deze stroom aan uitlaatdeeltjes is een van de grootste uitdagingen bij het realiseren van schone, veilige en betaalbare commerciële fusiecentrales.
Eerste ‘proof-of-concept’-studies tonen al aan dat het ‘Super-X’-ontwerp voor de uitlaat de warmtelast met een tienvoud kan verminderen in vergelijking met conventionele ontwerpen. De nieuwe experimentele resultaten tillen deze eerste waarnemingen verder dan proof-of-concept door de belangrijkste voordelen voor fusiecentrales aan te tonen: verbeterde controle over de energie-uitlaat terwijl de complexiteit van de techniek in balans blijft.
MAST Upgrade, het nationale fusie-experiment van het Verenigd Koninkrijk, is speciaal gebouwd door de United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) om oplossingen te ontwikkelen voor de uitlaat van fusie-machines. Het Super-X ontwerp, ontwikkeld vanuit een concept dat afkomstig is van het Institute for Fusion Studies van de Universiteit van Texas in Austin, heeft een langere uitlaat. Met langere ‘benen’ van plasma vergeleken met conventionele ontwerpen die meer ruimte bieden om het plasma af te koelen voordat het de wanden van de uitlaat raakt.
De nieuwe resultaten zijn een wereldprimeur: bij MAST Upgrade hebben de onderzoekers aangetoond dat de Super-X-benadering uitlaatcontrole mogelijk maakt, zonder dat dit invloed heeft op de tegenoverliggende uitlaat of de kern van het plasma waar fusie-energie wordt geproduceerd. De onderzoekers tonen aan dat het in vergelijking met conventionele ontwerpen aanzienlijk eenvoudiger is om de gewenste, gunstigere omstandigheden in een Super-X-configuratie te beheersen. Deze resultaten geven vertrouwen om tot een oplossing voor de uitlaat van fusiereactoren te komen. Ze bouwen voort op eerdere bevindingen dat de Super-X-configuratie op MAST Upgrade de integratie van een hete plasmakern met koude omstandigheden in de uitlaat mogelijk maakt.
De experimenten toonden verder aan dat zelfs een bescheiden aanpassing van de ‘benen’ van de uitlaat ten opzichte van het conventionele ontwerp met ‘korte benen’ al aanzienlijke voordelen biedt bij het beheersen van de fusiehitte. Dit komt overeen met voorspellingen van computermodellen die een beter begrip van het uitlaatontwerp laten zien. Toekomstige fusieprojecten kunnen daarom profiteren van veel betere omstandigheden in de uitlaat en controle over de hete uitlaatgassen, terwijl de complexiteit van de techniek in balans blijft.
De resultaten over de natuurkundige en technische aspecten van de Super-X uitlaat werden gepubliceerd in de vooraanstaande tijdschriften Communication Physics en Nature Energy. De Nederlandse fusieonderzoekers Kevin Verhaegh (voorheen werkzaam bij United Kingdom Atomic Energy Authority, momenteel aan de TU/e) en Bob Kool (Nederlands energieonderzoeksinstituut DIFFER en TU/e) leidden het werk in een samenwerking tussen de onderzoeksteams van UKAEA en het Europese EUROfusion. Het onderzoek bouwt voort op de gezamenlijke inspanningen van onderzoekers die zich richten op kernfusie (en meer specifiek: op de uitlaat van kernfusiereactoren), bijvoorbeeld in experimenten bij de Zwitserse fusiemachine TCV.
Geen opmerkingen: