Samensmelten

Kernfusie bestaat al. De zon toont al miljarden jaren aan dat energie uit kernfusie geen hersenspinsel is, en in prototypes van kernfusiereactoren wordt ook al daadwerkelijk energie opgewekt door atoomkernen te laten samensmelten - alleen wordt er om de vereiste hoge temperatuur (zo’n zeshonderd miljoen graden) te bereiken, nog altijd méér energie ingestopt dan de fusiereactie oplevert. Of kernfusie op de lange termijn - na 2050 - inderdaad de oplossing zal blijken voor het energievraagstuk, zal de toekomst daarom moeten uitwijzen.

De eerstvolgende stap op de weg naar rendabele kernfusie ligt in ieder geval vast: dat is de testreactor ITER (letterlijk Grieks voor de ‘weg’) die momenteel wordt gebouwd in het Zuid-Franse Cadarache. Maar welk pad daarna wordt ingeslagen, is allerminst zeker. Al sinds het begin van de jaren vijftig van de vorige eeuw bestaan namelijk twee alternatieven voor de beste manier om de ‘brandstof’ van de reactor, in bedwang te houden. Dat plasma is namelijk zo heet dat het elk materiaal in een oogwenk zou laten smelten of zelfs verdampen. Direct contact met de wand van de reactor moet dus worden vermeden. Daarom wordt het fusieplasma opgesloten in een sterk magneetveld.

Donut

De benodigde vorm van dat magneetveld is wel bekend, zegt Proll: “Dat is een ‘donut met een twist’.” In die twist, een soort draaiing als in een möbiusring, zit ’m nou precies de crux. “Een zogeheten stellarator-reactor bestaat uit een zeer complexe combinatie van een groot aantal magneten, die samen precies het juiste magneetveld moeten opleveren. Dat vereist een zeer nauwkeurig ontwerp, en deze methode bleek dus in de beginjaren ook niet goed genoeg te werken.”

In de Sovjet-Unie hadden ze een alternatief bedacht, de tokamak, vertelt ze. “De daarin gebruikte magneten zijn eenvoudiger, en de twist in het magneetveld wordt als het ware door het plasma zelf gecreëerd.” Dat kan, legt ze uit, door een elektrisch veld aan te leggen dat de geladen deeltjes van het plasma in beweging brengt. Die plasmastroom genereert vervolgens weer een magneetveld dat bijdraagt aan de opsluiting van het plasma. “Dat principe is eind jaren zestig voor het eerst toegepast door de Russen, en bleek zo goed te werken dat de stellarator daarna decennialang naar de achtergrond is gedrukt.”

Toch heeft ook de tokamak - de methode die in ITER wordt toegepast - niet louter voordelen. “Je hebt een variërende stroom nodig om een magneetveld op te wekken, waardoor je een tokamak alleen gepulst kunt gebruiken: je draait de stroom op tot een bepaalde waarde, en moet hem dan noodgedwongen weer uitzetten. Dat is natuurlijk niet ideaal als je continu energie wilt leveren.” Daarnaast heeft het feit dat het plasma als het ware zijn eigen kooi creëert een negatief effect op de stabiliteit, legt ze uit. “Als de deeltjesstroom zich net iets buiten zijn pad begeeft, heeft dat een zichzelf versterkend effect door de terugkoppeling via het opgewekte magneetveld.”