Kernfusie: het nieuwe Koreaanse record

Het Koreaanse teamvan KSTAR, de Koreaanse experimentele fusiereactor, heeft zojuist eenkleine prestatie geleverd. De onderzoekers zijn erin geslaagd om eenplasma 48 seconden lang op 100 miljoen graden te houden, waarmee zehun vorige record van 30 seconden hebben verbeterd, een verbeteringvan 266%. Het plasma op zo'n hoge temperatuur houden is een heleprestatie, aangezien dit de drempel is die nodig is om eenkernfusiereactie te bewerkstelligen.

Kernfusie wordtbeschouwd als de Heilige Graal van energie en wetenschap. Dezereactie vindt plaats in het binnenste van onze zon en maakt geengebruik van zware atomen zoals uranium, dat bijzonder toxischkernafval genereert, maar in kleine hoeveelheden vergeleken met deenorme hoeveelheid energie die wordt geproduceerd. Bovendien zijnkernsplijting en kernfusie twee heel verschillende kernreacties:kernsplijting is het splitsen van een atoom in twee kleinere atomen,terwijl kernfusie twee atomen samenvoegt tot één.

Maar terwijl de zonhaar eigen zwaartekracht gebruikt om de fusie van waterstofatomen(deuterium, een isotoop van waterstof, en tritium, een andere isotoopvan waterstof) tot heliumatomen te forceren (met een snelheid van 500miljoen ton waterstof per seconde), moeten wij andere middelengebruiken, waaronder plasma een centrale rol speelt. De website vanhet ITER-project (Latijn voor International ThermonuclearExperimental Reactor) vat het bondig samen:

Eenplasma is een gas waarin de atomen door het effect van de temperatuurvan elkaar gescheiden zijn. Terwijl in de andere drie toestanden vanmaterie (vast, vloeibaar en gas) de atoomkernen en -elektronen nauwmet elkaar verbonden zijn, zijn ze dat in een plasma niet meer. Doorvan aard te veranderen, verandert het "geïoniseerde" gas(een andere naam voor plasma) radicaal van eigenschappen.

Toenhet idee ontstond om de fysische reacties die plaatsvinden in hethart van de zon en sterren te reproduceren om hun enorme energie tebenutten, bleken twee eigenschappen van plasma's van vitaal belang:elektrische geleidbaarheid en gevoeligheid voor magnetische velden.Terwijl een gas een isolator is, is een plasma een goede geleider vanelektriciteit die kan worden ingesloten en 'gevormd' door eenmagnetisch veld.

Inhet begin van de jaren 1950 realiseerde astrofysicus Lyman Spitzer(1914-1997) zich hoe nuttig deze eigenschappen konden zijn: door eenwaterstofplasma tot een zeer hoge temperatuur te verhitten en het opte sluiten in een magnetisch veld, konden we omstandigheden creërendie bevorderlijk waren voor kernfusie - het herscheppen van dekernreactie die het heelal al miljarden jaren overspoelt met licht enenergie.

‍

Wetenschappershadden echter geen idee van de moeilijkheden die plasma met zich meezou brengen. Terwijl ze dachten kernfusie binnen een paar jaar tekunnen temmen, ontdekten ze al snel dat de vierde toestand vanmaterie een complexe toestand is, die destijds slecht bestudeerd endus slecht begrepen werd. Vandaag de dag is het alleen mogelijk omplasma op zo'n hoog niveau op te wekken en te houden door voort tebouwen op tientallen jaren onderzoek op dit gebied. Het is in iedergeval de erfenis van het harde werk van onze voorouders.

Totslot is, zoals we al zeiden, de 'brandstof' die nodig is voor fusiewaterstofisotopen. Zoals de Franse Commissie voor Atoomenergie enAlternatieve Energie (CEA) opmerkt, "komt deuterium van naturevoor in zeewater (33 g/m3). Tritium daarentegen kan worden gemaaktvan lithium dat voorkomt in de aardkorst (20 mg/kg) of in de oceanen(0,00018 mg/m3)".

En, zoals we al eerder aangaven, "een paar gram brandstof is genoegom de fusiereacties op gang te brengen en te houden. Eenfusiecentrale heeft dus 100 kg deuterium en 3 ton lithium nodig(vergeleken met 1,5 miljoen ton steenkool voor een thermischecentrale) om een heel jaar te werken". Een vrijwel onbeperktebrandstof!

Ditroept twee vragen op: is dit type reactor gevaarlijk? Wat heeft dit te maken met het welzijn van ouderen?

Omde eerste vraag te beantwoorden zullen we twee elementen gebruiken:de gevoeligheid van plasma voor interventie van buitenaf en dewerking van een H-bom, die bekend staat als een "kernfusiebom".Zoals we hebben gezien, is plasma een toestand die ontstaat wanneereen gas tot een zeer hoge temperatuur wordt verhit. Een van deeigenschappen is dat het erg kwetsbaar is en moeilijk te handhaven.De kleinste ontmoeting met een infinitesimale hoeveelheid materie kangenoeg zijn om de temperatuur te laten dalen, waardoor de reactie'teniet wordt gedaan': het plasma wordt weer een onschadelijk gas.Daarom worden magnetische velden gebruikt om het te vormen en opveilige afstand van de reactorwanden te houden.

Velenvan jullie zullen zich ongetwijfeld het verhaal herinneren van deH-bom, een waterstofbom gebaseerd op het principe van kernfusie. Maardeze complexe bom bestaat eigenlijk uit twee fasen: de eerste omvateen atoombom, met plutonium; de tweede bevat het mechanisme datspecifiek is voor de waterstofbom. De architectuur van de bom is duscruciaal: de tweede trap kan niet offensief worden gebruikt zonder deeerste. Om terug te komen op onze fusiereactor: deze kan niet uit dehand lopen omdat hij constant in de gaten moet worden gehouden omervoor te zorgen dat hij niet doorbrandt. De kleinste misrekening, dekleinste ongepaste actie zou de reactor simpelweg uitschakelen.

Detweede vraag verdient een meer economische benadering van hetenergievraagstuk: de recente energieprijzen drukken zwaar op deportemonnee van de Belgen, vooral de armsten. Sommige seniorenbezitten weliswaar hun woning en kunnen dus een beroep doen op deze"vierde pijler", maar niet allemaal. Bovendien betekent hetbezitten van een woning niet noodzakelijk dat men de middelen heeftom een renovatie uit te voeren om de energieprestaties te verbeteren.De kwestie van de energiebevoorrading blijft dus cruciaal alsBelgische senioren met een gerust hart van hun pensioen willengenieten. Op Europees niveau rapporteert Eurostat dat de EuropeseUnie in 2022 voor 62,52% van haar energieverbruik afhankelijk was vaninvoer. De rest van de energie wordt op Europese bodem geproduceerd.In België bedraagt het importpercentage 73,9%. Onze Franse burenimporteren 51,92%. In Estland is het 6,15%, dankzij een combinatievan verbeterde energie-efficiëntie en een verschuiving in deenergiemix om de productie van primaire energie uit hernieuwbarebronnen te bevorderen. Met andere woorden, hoe energieonafhankelijkereen land is, hoe minder de energieprijs wordt beïnvloed doormarktschommelingen en hoe minder senioren er last van hebben.

"Datis allemaal goed en wel," zou je kunnen zeggen, "maar ditis een Koreaans record, geen Belgisch. Wat levert het ons land enonze senioren op? Het is belangrijk om te onthouden dat de race naarkernfusie een internationaal gecoördineerd project is. HetITER-partnerschap, destijds gelanceerd door Ronald Reagan en MichailGorbatsjov, overleefde de ineenstorting van de Sovjet-Unie! Het isvandaag de dag nog steeds actief en zet zijn onderzoek voort om hetenorme reactorproject in aanbouw tot een goed einde te brengen. Ditonderzoek, ongeacht de oorsprong, wordt gepubliceerd inwetenschappelijke tijdschriften, waarin ze hun methode, huninstrumenten en de gebruikte parameters in detail uitleggen, zodatandere teams de resultaten kunnen repliceren en bevestigen (of,indien nodig, ontkrachten). Dit onderzoek wordt dus gedeeld, en wijprofiteren er ook van!