De Duitse innovatieve kernfusiereactor gaat het goed doen

De kernfusiereactoren, die het verst zijn ontwikkeld hebben een torusvormig reactorvat. Zo’n vat lijkt veel op een dikke autoband. De kernfusiereactor, die in Cadarache (Fr) in aanbouw is, ITER, heeft zo’n reactorvat. Het is een Tokamak. Dat is Russisch voor torus. Parallel aan de bouw van ITER ontwikkelden de Duitsers een iets afwijkend type. Dat is een Stellarator, waarvan het prototype, Wendelstein 7–X, in Greifswald staat. De machine is sinds 2015 in bedrijf. Het maakt deel uit van het Max-Planck-Institut für Plasma Physik (IPP).

Er zijn overeenkomsten tussen de twee typen en er zijn enkele in het oog springende verschillen.

In beide typen vinden kernfusiereacties plaats, waarbij atoomkernen van de waterstofisotopen,  deuterium en tritium, samensmelten. Bij deze kernreactie ontstaat een heliumatoomkern, een neutron en veel energie. Die energie geeft de reactiedeeltjes een hoge snelheid. Deze deeltjes botsen met de waterstofkernen en met de wand van het reactorvat, waarbij ze hun energie overdragen. Ook is er straling, die de reactorwand verwarmt. De atoomkernen vormen het plasma, dat in het midden van de torus zit opgesloten. Als de waterstofkernen een snelheid hebben, die overeen komt met een temperatuur van 150 miljoen graden, dan treedt er kernfusie op. Er zijn voorzieningen om het helium af te voeren en om de waterstofkernen te verhitten.

ITER heeft voor zijn magneetveld een achttal jukken, die de torus geheel omsluiten. Ook zijn er wikkelingen in het horizontale (toroidaal) en in het verticale (poloidaal) vlak om de torus heen. De magneetvelden bewerkstelligen, dat het plasma de reactorwand niet kan raken. Kenmerkend is, dat de waterstofkernen met een hoge snelheid rondjes draaien in de torus. Daardoor is het plasma van nature niet stabiel. Er zijn technische kunstgrepen nodig om het te stabiliseren. De doelstelling is om het plasma gedurende acht minuten zo stabiel te houden, dat kernfusie optreedt. Daarna is het uitgewerkt en dan begint een nieuwe cyclus. Volgens de planning start ITER in 2034 op en produceert de machine in 2039 energie.

Een Stellarator heeft magneetwindingen, die in drie richtingen gebogen zijn. Ze zijn scheef en grillig van vorm. Ze liggen naast elkaar, zijn ongelijk en omhullen de torus. Ze zijn met behulp van de computer gedimensioneerd. Ze maken een bijzonder magneetveld, waarbij de waterstofkernen niet door de torus stromen, maar de reactorwand toch niet kunnen raken. Het plasma is daardoor in hoge mate stabiel. De Wendelstein 7–X heeft het stabiliteitsrecord van zeven minuten.

Een aantal ingenieurs en technici heeft zich losgemaakt van IPP en heeft een eigen bedrijf, Stellaris, opgericht. Ze ontwikkelden een verbeterde versie van de stellarator, waarin ze de meest geavanceerde technieken en materialen toepasten. Zoals bijvoorbeeld hoge temperatuur supergeleidende magneten. Ze claimen een geheel stabiel plasma te kunnen maken en handhaven. Dat maakt een continue energieproductie mogelijk. Ze gaven deze demonstratiereactor, die een piekvermogen heeft van 2,7 GWth ofwel ongeveer 1 GWe, de naam Stellarator Alpha. Ze zijn van plan om hem te bouwen, zijn werking te demonstreren en er in 2031 energie mee te produceren. De commerciële energieproductie is vanaf 2036 voorzien. Ze verwachten daarmee een belangrijke bijdrage te kunnen leveren aan onze toekomstige energievoorziening. De eigenschappen van hun stellarator zijn gepubliceerd in een lang artikel, dat verschijnt in het tijdschrift: Fusion Engineering and Design (volume 214, mei 2025).

Er zij op gewezen, dat de torusvormige kernfusiereactor is behept met enkele fundamentele problemen, waarop dezerzijds niet nader is ingegaan. Daarom is het nog te vroeg voor een al te grote juichstemming.

Een beschrijving van de Stellarator Alpha staat elders op de website. U kunt haar lezen door hier te klikken.

Meer informatie, inclusief de publicatie in Fusion Engineering and Design:
1. https://www.proximafusion.com/press-news/proxima-fusion-and-partners-publish-stellaris-fusion-power-plant-concept-to-bring-limitless-safe-clean-energy-to-the-grid
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920379625000705?via%3Dihub

Terug naar het nieuwsoverzicht