Kernfusie is een proces waarbij de kernen van atomen samensmelten. Dat doen ze alleen als het heel heet is en als de druk groot is.
Kernsplitsing | Kernfusie |
Krachten in atoomkernen zijn zeer sterk. | |
|
|
| |
| |
| |
|
|
|
|
|
|
| |
Fusion is the answer.
Tijdlijn kernfusie
- 1920: Eén heliumatoom blijkt minder te wegen dan vier waterstofatomen. Dit massaverschil is waar kernfusie zijn energie uit haalt.
- 1939: Natuurkundige Hans Bethe bedenkt hoe waterstofkernen in de zon deuterium kunnen vormen; de eerste stap van het kernfusieproces dat daar plaatsvindt.
- 1946: Het eerste patent voor een kernfusiereactor wordt uitgedeeld aan een zogenoemde Z-pinch-machine, waarbij stroom door het plasma wordt gejaagd.
- 1949: Wetenschapper Ronald Richter begint in Argentinië met een project dat een fusiereactor moet opleveren. Het loopt uit op een fiasco.
- 1950: De Russen Igor Tamm en Andrej Sacharov bedenken de tokamak: een donutvormige ruimte waarin je fusieplasma opsluit met magneetvelden.
- 1951: De eerste constructie die gebruikmaakt van kernfusie is een feit: een atoombom die een beetje fusie gebruikt om een kernsplitsingsreactie te versterken.
- 1958: Het Britse experiment ZETA beweert kernfusie te hebben bereikt, maar moet die claim later intrekken.
- 1962: Het idee van laserfusie wordt geboren: kernfusie door krachtige lasers van alle kanten op een doelwit te laten schijnen.
- 1983: De Europese kernfusiereactor JET – Joint European Torus – wordt in Engeland in gebruik genomen.
- 1985: De Amerikaanse president Ronald Reagan en Sovjet-leider Michail Gorbatsjov bespreken de mogelijkheid om samen te gaan werken op het gebied van kernfusie.
- 1985: Een top met president Reagan en secretaris-generaal Gorbatsjov levert de eerste aanzet op tot de internationale kernreactor ITER.
- 1987: De internationale kernfusiereactor krijgt de naam ITER, wat staat voor International Thermonuclear Experimental Reactor, en bovendien Latijn is voor ‘de weg’. Inmiddels wordt de volledige naam niet meer gebruikt.
- 1997: De Europese reactor JET (zie 1983) wekt 16 megawatt aan fusievermogen op; nog steeds het wereldrecord.
- 2005: Na veel politiek gesteggel wordt besloten om ITER in Frankrijk te bouwen. Spanje, Japan en Canada waren ook in de running als mogelijke locaties.
- 2006: Het ITER-verdrag wordt ondertekend door de zeven leden: Canada, China, India, Japan, de VS, Zuid-Korea en Euratom, een samenwerking van 29 Europese landen.
- 2009: De National Ignition Facility wordt voltooid; een groot Amerikaans experiment dat gebruikmaakt van laserfusie (zie 1962).
- 2010: De bouw van ITER begint bij Cadarache, een groot onderzoekscentrum voor atoomenergie in de Zuid-Franse gemeente Saint-Paul-lès-Durance.
- 2016: Tijdlijn voorzag een opstart van de reactor in 2025. Tien jaar later moest ITER volledig operationeel zijn, waarna commerciële kernfusie in de jaren 2040 van start zou kunnen gaan.
- 2017: In december wordt bekend dat de bouw van ITER halverwege is. Daarmee moet het mogelijk zijn om het gehele complex in 2025 af te hebben.
- 2022: Alle negen segmenten van de tokamak, de donutvormige ruimte waarin de kernfusiereacties plaats moeten vinden, horen in juni op hun plek te staan.
- 2023: Op 5 december gebeurde er iets historisch. Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory voerden met succes een proces uit dat andere onderzoekers decennialang niet lukte. Voor het eerst werd een fusie van atoomkernen bereikt die meer energie produceerde dan de energie die nodig was om het proces te produceren. Het team van Lawrence Livermore herhaalde de resultaten van het experiment met succes in een tweede test die op 30 juli van dit jaar werd uitgevoerd. Constantin Häfner, hoofd van de commissie van deskundigen en het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT Aken, werkt al vele jaren met fusietechnologie en beschrijft het succes van de Lawrence Livermore-experimenten als “baanbrekend”. “Het team leverde voor het eerst echt wetenschappelijk bewijs van fusie-energie. Dit is nog nooit eerder gedaan in een laboratorium. Het laat zien dat de modellen en voorspellingen die de natuurkundigen ontwikkeld hebben, allemaal kloppen. Dit is de grote doorbraak.”
- 2024: De gehele ITER-reactor wordt omgeven door een roestvaststalen vat met een inhoud van 16.000 kubieke meter. In december moet dit vat voltooid zijn.
- 2024 Joint European Torus (JET) in Engeland sluit na wereldrecord met het 5 seconden lang gecontroleerd energie produceren (69 megajoule).
- 2024: Eurofusion is het Europese onderzoeksbureau. Baas van Eurofusion is Fasoli. Hij verwacht op dit moment dat het in 2060 mogelijk is om elektriciteit te gaan leveren aan het net.
- 2024: Bouw grote experimentele centrale in Zuid-Frankrijk. Hoofd van de centrale is Tim Luce: Doel is om van 5 seconden naar een uur te gaan. En zo het punt te bereiken waarmee je een echte centrale kunt opereren.
- 2025: In december moet voor het eerst een plasma in de reactor worden gebracht. Het gaat het om een testplasma waarin nog geen kernreacties zullen plaatsvinden. Op basis hiervan kan men demonstratiereactoren gaan bouwen.
- 2035: Er wordt een ‘echt’ plasma van deuterium en tritium in de reactor gebracht. Hiermee moet ITER tien keer zoveel energie produceren als nodig is om het plasma te verhitten.
- 2050: De zogenoemde DEMO-reactors moeten laten zien dat ITER-achtige krachtcentrales 24/7 stroom aan het net kunnen leveren.
12-02-2025 Update neutrino
Persconferentie: Wetenschappers vangen meest energierijke ‘spookdeeltje’ ooit gemeten (neutrino).
Met een reusachtige onderzeese detector, grotendeels in Nederland gebouwd, hebben fysici een zogeheten neutrino betrapt met meer energie dan ooit eerder bij zo’n deeltje is gemeten. De vondst stelt wetenschappers voor een raadsel.
‘Ik hou van de experimentele kant van ons vak, en deze meting is een prachtig voorbeeld van wat ons instrument kan. Hoe alles hier samenkomt, is echt heel mooi’, zegt onderzoeker Aart Heijboer van KM3NeT. Dat enorme onderzeese meetinstrument, overigens voor een groot deel van Nederlandse makelij, betrapte het zogeheten neutrino.
Duizelingwekkende aantallen
Neutrino’s behoren tot de meest ongrijpbare bewoners van de deeltjesdierentuin van moeder natuur. Ze schieten continu in duizelingwekkende aantallen door de aarde, maar daarvan merken we niets. Neutrino’s vertonen namelijk bijna geen wisselwerking met andere materie. Ze zijn, met andere woorden, zo goed als niet te vangen. Het is de reden dat ze onder fysici de bijnaam ‘spookdeeltjes’ kregen.
De enige manier om ze dan toch te zien? De bouw van reusachtige neutrinodetectoren die in tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden niet direct neutrino’s kunnen meten, maar wel indirect, via zogeheten muonen, de zwaardere tegenhangers van de bekendere elektronen.
Muonen komen af en toe vrij wanneer een neutrino bijvoorbeeld diep in de zee botst op een atoomkern. En omdat zo’n muon lichtflitsjes produceert wanneer het door het zeewater beweegt, kunnen de zeer gevoelige detectorenbollen van een neutrinodetector hun passage volgen.
Vrijwel horizontaal
Dat is exact wat zich voltrok bij de KM3NeT-detector. De verzameling bolvormige detectoren, nog altijd in aanbouw, duizenden meters onder de golven van de Middellandse Zee, hangen aan honderden meters lange kabels die op de zeebodem rusten. Straks, na voltooiing, houdt het apparaat een volume van één kubieke kilometer zeewater in de gaten. De delen die af zijn, staan nu al aan.
Op 13 februari 2023 was het raak: plots zagen de onderzoekers een heel energierijk muon door de zee zoeven, vrijwel horizontaal. Na analyse bleek dat het neutrino dat dat muon produceerde er eentje moest zijn voor in de recordboeken: een deeltje met een energie van zo’n 220 miljoen miljard elektronvolt om exact te zijn, uitgedrukt in de eenheid die fysici hanteren voor kleine deeltjes, dertigmaal meer dan de vorige recordhouder.
‘Dat is echt een gevalletje: wie heeft dít nou weer besteld?’, zegt deeltjesfysicus Tristan du Pree van Nikhef, zelf niet bij het onderzoek betrokken. ‘Bij de koffiemachine ging het hier al maanden over. Officieel was dit resultaat nog niet naar buiten gebracht, maar natuurkundigen praten er dan stiekem toch alvast over. En de eerste gedachte bij veel van mijn collega’s was: zat de stekker er misschien niet goed in? Was er ergens een storing?’
Het resultaat was extra opmerkelijk omdat de vergelijkbare neutrinodetector IceCube op de Zuidpool tot nog toe geen neutrino’s met zo’n hoge energie had gezien. ‘En dat zou je wel verwachten als dit soort neutrino’s vaker voorbij komt. Dit lijkt dus een enorme gelukstreffer’, zegt DuPree.
Voetnoten
- Space dashboard
- Institut of Energy Transition (ITE), France 2030, Ines.2S
- Zoekwoorden: plasma, centrale, atomic, nucleair