Onderzoek naar kernfusie in de lift
Het onderzoek naar kernfusie staat weer op de politieke agenda. De Amerikaanse regering toont belangstelling voor een hernieuwde samenwerking met de Europese, Japanse en Canadese partners, Zuid-Korea heeft zich aangemeld als een mogelijke partner en ook de Chinese president Jiang Zemin is geïnteresseerd in deelname aan de International Tokamak Experimental Reactor (ITER).
De Europese Unie heeft voor haar aandeel in dit project al geld uitgetrokken. Nog dit jaar wordt de beslissing verwacht over de locatie van ITER, waarover op dit moment op politiek niveau wordt onderhandeld. Zowel Frankrijk als Spanje hebben een locatie aangeboden, evenals Canada en Japan.
"Kernfusie komt als het nodig is", citeert professor Kees Braams de Rus Lev Artsimovich, één van de pioniers op het gebied van onderzoek naar kernfusie. "Als Europa zo'n vijftien jaar geleden op eigen kracht was doorgegaan met het vervolg op de toen al zeer succesvolle Joint European Torus (JET), hadden we nu een testreactor in bedrijf kunnen zien, voor minder geld dan we nu in ITER willen gaan investeren. Maar in die tijd bestond er, economisch of politiek gezien, geen enkele noodzaak daartoe." Braams schreef samen met Peter Stott het onlangs verschenen boek 'Nuclear Fusion, half a century of magnetic confinement fusion research'. Hij zal dit boek op 12 december presenteren op het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, te Nieuwegein.
In hun boek geven Braams en Stott een gedetailleerd overzicht van de ontwikkeling van het wereldwijde wetenschappelijk onderzoek naar kernfusie over de laatste vijftig jaar. De auteurs concluderen dat dit een solide basis heeft gelegd onder de uitspraak van de in 1973 overleden Artsimovich: "Fusion will be there when society needs it".
Kernfusie
Bij kernfusie versmelten twee lichte waterstofkernen tot een heliumkern, waarbij veel energie vrijkomt. De zon en de sterren halen hun energie uit kernfusie. De reactie vindt plaats in een plasma bij zeer hoge temperatuur. Om de waterstofkernen te kunnen laten versmelten moeten ze bij zeer hoge temperatuur onder zeer hoge druk staan. Die omstandigheden heersen in het binnenste van zon en sterren. Op aarde is een zeer hoge druk niet haalbaar. Daarom worden de waterstofkernen tot veel hogere temperaturen verhit. Dat gebeurt in een zogeheten plasma, een gas waarbij atoomkernen en hun bijbehorende elektronen los van elkaar zijn. De brandstoffen voor een aardse fusiecentrale zijn een zware variant van waterstof, deuterium, en het nog iets zwaardere element lithium. Deze brandstoffen zijn in voldoende natuurlijke voorraden aanwezig om de wereld voor duizenden jaren van energie te voorzien, en voor miljoenen jaren als we het lithium uit zeewater kunnen halen, of alleen deuterium als brandstof gebruiken. Bovendien zijn deze brandstoffen voor iedereen vrijelijk toegankelijk.
Het kernfusieproces zelf is inherent veilig en de reactie produceert geen afval. Wel wordt de reactorwand radioactief, en deze moet bij de afbraak van de reactor gedurende zo'n honderd jaar worden opgeslagen, waarna het materiaal even radioactief is als kolenas. De verwachting is dat door het gebruik van geavanceerde materialen de radioactiviteit van de wand nog aanzienlijk verkleind kan worden.
De huidige stand van zaken
Het onderzoek naar de mogelijkheden om energie te produceren met een kernfusiereactor begon in het midden van de twintigste eeuw. Inmiddels hebben wetenschappers in de grootste experimentele faciliteit, JET, in Groot-Brittannië, zestien megawatt fusievermogen op kunnen wekken tijdens ongeveer één seconde. Hoewel dat nog weinig energie is in absolute termen, kunnen de experimenten op JET worden beschouwd als het wetenschappelijk bewijs dat grootschalige energie-opwekking uit gecontroleerde kernfusie mogelijk is. De volgende fase in het fusie-onderzoek heeft als doel om tot een commerciële fusiereactor te komen. Aandachtspunten zijn bijvoorbeeld het ontwikkelen van materialen voor de wand van de tokamak, en een ononderbroken energieproductie. Daar zijn complexe en dure experimenten voor nodig, zodat politieke en economische factoren nu het tempo bepalen.
Er zijn berichten die wijzen op een mogelijke versnelling van dit tempo. De regering van president Bush laat onderzoeken hoe de Verenigde Staten over 35 jaar fusie-energie aan het elektriciteitsnet kunnen leveren. Een panel onder leiding van de Britse chief science advisor King stelde in een rapport aan de Europese Commissie een fast track voor, dat op een termijn van twintig tot dertig jaar tot een demonstratiereactor zou kunnen leiden. "We zijn allemaal gehersenspoeld om te geloven dat er minstens vijftig jaar voor nodig zou zijn en hebben het moeten aanzien dat er na de beslissing om JET te bouwen, nu precies 25 jaar geleden, een moratorium op nieuwe grote experimenten kwam. Het belangrijkste nieuws van de laatste jaren is dat er in dat opzicht een nieuwe wind begint te waaien", aldus Braams.
Wat de kosten van de energie betreft zal een fusiereactor moeten concurreren met andere 'schone' energiebronnen, waarmee geen koolstofdioxide (CO2) vrijkomt. Op een vrije markt voor koolstof-vrije elektriciteit lijken de perspectieven niet ongunstig. ITER zal de vraag beantwoorden of de techniek eraan toe is om fusie als energiebron te laten functioneren. Na ITER is de verwachting dat de eerste demonstratie fusie-energiecentrale gebouwd kan worden en daarna de eerste commerciële centrales. Hoe snel dat gaat, zal ervan afhangen of de financiële risico's van een fast track, waarin de verschillende fasen elkaar gedeeltelijk overlappen, aanvaardbaar worden geacht.
Over de auteurs
Kees Braams (1925) promoveerde in 1956 cum laude op een kernfysisch onderzoek, deels uitgevoerd op het Massachussetts Institute of Technology in Cambridge, Verenigde Staten. Vanaf de oprichting in 1958 tot begin 1987 was hij directeur van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein. Daarnaast was hij buitengewoon hoogleraar plasmafysica aan de Universiteit Utrecht. Door zijn wetenschappelijke kwaliteiten en door zijn inspirerende persoonlijkheid heeft Braams een belangrijke rol gespeeld bij de opbouw en uitbouw van de plasmafysica. Zijn activiteiten brachten hem tevens in een groot aantal nationale en internationale commissies waarin hij als lid en vaak als voorzitter zitting had. Zijn enthousiasme, zijn visie en zijn zakelijke en nuchtere kijk op de wetenschappelijke vragen hebben in belangrijke mate bijgedragen aan een evenwichtige ontwikkeling van het onderzoek naar kernfusie.
Peter Stott was verbonden aan het fusielaboratorium Culham, in Groot-Brittannië, waar hij onder andere aan JET werkte. Inmiddels is hij werkzaam in het Franse fusielaboratorium in Cadarache, Frankrijk.
Nadere informatie
Het boek is getiteld 'Nuclear fusion: Half a century of magnetic confinement fusion research'. Auteurs zijn C.M. Braams en P. Stott. ISBN: 0 7503 0705 6.
Meer informatie over het boek is te verkrijgen bij Mark-Tiele Westra, wetenschapsvoorlichter FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein, telefoon (030) 609 69 99.