FOM-Rijnhuizen start onderzoek naar plasma-wandinteractie
De Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) heeft een plan van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen goedgekeurd om een grootschalig onderzoek te starten naar de interactie tussen een heet plasma en een wand. Het project, dat PSI-lab (Plasma-Surface Interaction lab) is gedoopt, kost in totaal zo'n 15 miljoen euro, waarvan NWO ongeveer de helft financiert. Stichting FOM neemt ook een deel van de financiering voor haar rekening. Voor het resterende gedeelte is een aanvraag ingediend bij Euratom, het instituut van de Europese Unie dat onderzoek naar kernenergie financiert en coördineert.
De interactie tussen een heet plasma en een wand speelt een belangrijke rol in het internationale kernfusie-experiment ITER. Het plasma in ITER is zo energierijk, dat het oppervlak van die wand chemisch en fysisch verandert. Wat het effect is van de erosie en het opnieuw neerslaan van materiaal is grotendeels onbekend, maar van groot belang voor het functioneren van ITER, en van toekomstige fusiecentrales.
Een andere belangrijke toepassing ligt op het terrein van de chipfabricage. Toekomstige lithografische machines, die gebruikt worden om het chippatroon op het silicium te projecteren, zullen gebruik maken van licht in het extreem-ultraviolet (XUV) gebied met een golflengte van 13 nanometer. Door de extreem korte golflengte (zichtbaar licht heeft een golflengte van 400-600 nanometer) kunnen hele kleine structuren worden afgebeeld. Licht van deze golflengte wordt gemaakt met behulp van intense laserplasma's.
FOM-Rijnhuizen werkt zowel aan de laserplasma's als aan spiegels voor XUV-licht. In een speciale opdampinstallatie op Rijnhuizen worden spiegels van de Duitse opticafabrikant Carl Zeiss voorzien van de benodigde reflecterende coating, waarna de spiegels in lithografische machines van ASML worden gebruikt. Om een lange levensduur te garanderen, is een gedetailleerde kennis van het effect van het plasma op de lichtbronnen en de spiegels van groot belang.
Om het relatief onbekende terrein van plasma-wandinteracties te onderzoeken is een zeer intense plasmabron nodig waarmee de omstandigheden in ITER en in hoog-vermogen XUV-lichtbronnen kunnen worden nagebootst. Op Rijnhuizen wordt daarom Magnum-psi ontwikkeld: een zeer krachtige plasmabron met supergeleidende magneten om het plasma bijeen te houden, zodat een intense plasmabundel ontstaat. De plasmabundel die met Magnum gemaakt kan worden, heeft een intensiteit die even hoog is als het plasma dat de wand van ITER raakt.
Het PSI-lab, waar Magnum-psi een onderdeel van is, bestaat verder uit diverse opstellingen waarmee de plasma-wandinteractie kan worden bestudeerd. Met het PSI-lab krijgt Nederland een unieke faciliteit voor het bestuderen van plasma-wandinteracties bij hoge deeltjesflux. De faciliteiten zullen beschikbaar worden gesteld voor de internationale wetenschappelijke gemeenschap. Inmiddels hebben verscheidene Europese fusie-onderzoeksgroepen aangegeven geen eigen faciliteit te bouwen, maar de PSI-faciliteit van Rijnhuizen te willen gebruiken.
ITER is een grootschalig internationaal wetenschappelijk en technologisch project met als doel de volgende grote stap te zetten om kernfusie als schone, veilige en onuitputtelijke energiebron te ontwikkelen. Kernfusie is het proces waarbij lichte atoomkernen samensmelten tot zwaardere, en het is de energiebron van de zon en de sterren.
Voor meer informatie over kernfusie, zie www.fusie-energie.nl