FDP (Fusion Demonstration Plant)
Type: Alternatieve experimentele kernfusiereactor – Canada, Engeland
Zie het KernVisie nieuwsbericht met titel: “Alternatief type experimentele kernfusiereactor komt bij JET in Engeland“ van 28 september 2021 door op de datum te klikken.
Achtergrondinformatie:
Het nieuwe kernfusieproces heet Magnetic Target Fusion (MTF). Vrij vertaald betekent dat Magnetisch Doelgebied Fusie. Het is een tussenvorm van twee bestaande kernfusietechnologieën, namelijk magnetische opsluiting en traagheidsopsluiting.
Kernfusie met magnetische opsluiting vindt plaats in een tokamak. Een magneetveld binnen de torus houdt het plasma van waterstofionen in bedwang. In het plasma versmelten de atoomkernen van deuterium en tritium, waarbij energie vrijkomt. Bij elke reactie ontstaat bovendien een snel neutron. ITER en zijn voorganger JET zijn voorbeelden van tokamakreactoren. In deze reactoren vindt geen continu fusieproces plaats. Het is nodig het plasma elke vijf tot tien minuten opnieuw op te bouwen. Toekomstige tokamaks krijgen een langere periode.
Kernfusie met traagheidsopsluiting vindt plaats in het Lawrence Livermore National Laboratory in de Verenigde Staten. In het centrum van de opstelling bevindt zich een capsule, die deuterium en tritium bevat. Maar liefst 192 lasers bestralen het target gelijktijdig en alzijdig met een supersterke laserpuls. De stralingsenergie is zo groot, dat de capsule implodeert en dat kernfusie plaatsvindt.
Het proces van de MTF stamt uit het begin van de jaren zestig. De reactor bestaat uit een bol, die om zijn verticale as ronddraait en die gedeeltelijk is gevuld met vloeibaar lood en lithium. Door de draaiende beweging zit het gesmolten metaal aan de zijkant van de bol. In het midden bevindt zich een cilindrische holte. Tevens loopt er een elektrische stroom door het gesmolten metaal, die een cirkelvormig magneetveld opwekt in de holte. Een injector spuit een stabiele torusvormige wolk van waterstofionen in die holte. Die wolk is vergelijkbaar met de O-vormige wolk van sigarenrook. Het plasma blijft 20 milliseconden stabiel. In die tijd persen een aantal zuigers, die zich in cilinders aan de buitenkant van de bol bevinden en die in contact staan met het vloeibare metaal, de cilindrische holte samen, waardoor een bolvormige holte, het doelgebied, ontstaat in het midden van de bol van de reactor. Het doelgebied omvat het plasma. Tevens produceren de zuigers een alzijdige drukgolf, waardoor het doelgebied implodeert en kernfusie optreedt.
Het proces is in de jaren zeventig beproefd in het Amerikaanse Naval Research Lab. Destijds zonder succes, omdat met de computers van toen geen nauwkeurige gelijktijdige aansturing van de zuigers mogelijk was, waardoor er geen goede drukgolf optrad.
In 2002 heeft de Canadese onderneming General Fusion, die vestigingen heeft in Vancouver, Londen en Washington DC, de technologie nieuw leven ingeblazen. Hun reactor krijgt een diameter van 3 meter en moet gaan werken met een periode van ongeveer een seconde. Het vloeibare metaal neemt de kernfusie-energie op. Het opgewarmde vloeibare metaal stroomt naar een stoomgenerator, waar het zijn warmte afgeeft.
Stand van de ontwikkeling:
Een eerste experimentele reactor, de Fusion Demonstration Plant (FDP) krijgt een diameter van 2,1 meter en een periode van een dag. Hij komt in Culham in Engeland. Dat is de vestigingsplaats van JET. General Fusion koos voor deze locatie vanwege de samenwerking, die ze is aangegaan met UKAEA, de United Kingdom Atomic Energy Authority en omdat in Culham veel kennis over kernfusie aanwezig is. Voorts sloot General Fusion een overeenkomst af met de Canadese Nuclear Laboratories in Chalk River, die vanwege de productie van tritium in de zwaarwaterreactoren van het type CANDU veel kennis heeft over de afscheiding en behandeling van tritium. Doordat het vrijkomende neutron reageert met lithium-6 ontstaat in het gesmolten metaal tritium. De cyclus is daardoor rond. Natuurlijk lithium bestaat voor 7,6 % uit lithium-6 en voor de rest uit lithium-7. FDP moet in 2025 in bedrijf gaan en de verwachting is, dat de commerciële reactor kort na 2030 marktrijp is
