Kernfusie laait weer op

Drie jaar geleden zat het kernfusie-onderzoek vrijwel bij de pakken neer, vanwege gebrek aan perspectief en afhakende Amerikanen. Maar Europa wil weer energiek vooruit....

Martijn van Calmthout

OVERAL in het uitgestrekte lab in Culham bij Oxford klinkt het aftellen, van de gangen tot de hoge hallen waar wordt gesleuteld aan reserve-onderdelen en meetapparatuur voor de JET-kernfusiereactor. 'Ten', zegt de toonloze computerstem voor de zoveelste keer vandaag: 'nine, eight, seven, six, five, four, three, two, one. Test.'

Op een videomonitor in de centrale controlekamer, voor het gemak op zijn kant gezet tussen talloze computerschermen vol diagrammen en curves, gloeit iets op. In beeld loopt een secondenteller mee, alsof het een schaatswedstrijd betreft. En net wanneer op de monitor vaag de contouren van het binnenste van de fusiereactor beginnen op te doemen, wordt abrupt het hele beeld een zee van licht.

De mannen achter hun beeldschermen leunen alweer voldaan achterover. Ze drukken op knoppen, klikken wat met hun muis, overleggen op gedempte toon in een telefoonhoorn. Einde experiment, op naar het volgende.

Ergens achter metersdikke betonnen wanden elders in dit gebouw bij Oxford, in een metalen donut van zes meter diameter, heeft een wolk waterstofatomen heel even een temperatuur van honderd miljoen graden bereikt. Net zo heet als het binnenste van de zon. Heet genoeg, zegt dr. Marc Beurskens, een jonge Nederlandse fysicus in dienst van het Europese kernfusiecentrum, om lichte waterstofachtige kernen te doen versmelten tot het zwaardere helium: kernfusie.

Al sinds de jaren vijftig dromen fysici van fusie als bijna eindeloze bron van energie. Als lichte kernen versmelten komt er zeer veel energie vrij. Probleem is dat fusie alleen optreedt in zogeheten plasma's (wolken van elektronen en atoomkernen) van miljoenen graden. Het beheersen van zo'n plasma is daarom een technische uitdaging.

En bovendien moet eerst zeer veel energie in fusie worden gepompt, voor er netto energie vrijkomt. Het ideaal, een plasma waarin de fusiereacties zelf genoeg energie leveren om de fusie in stand te houden, is tot nog toe onbereikbaar gebleken.

Ook voor de Joint European Torus, JET, sinds 1983 de grootste fusiereactor ter wereld. 'We halen hier maximaal veertien megawatt, 67 procent van de energie die erin gaat', zegt Beurskens, zelf expert in meettechnieken die de ziedende massa live in kaart brengen. 'Voor echte energie-opwekking wil je uiteindelijk naar een rendement van oneindig: een reactie die zichzelf na ontsteking in gang houdt en een behoorlijke centrale aandrijft.'

Maar opgewekte energie, daar gaat het dezer dagen bij JET in Culham ook niet echt om. Deze twintig megawatt (MW) JET is nadrukkelijk een testreactor. De huidige reeksen testontbrandingen zijn voorlopig bedoeld om beter te leren begrijpen hoe een ziedend gas van atoomkernen en elektronen het beste kan worden opgesloten in de donut-vormige fusiereactor, een tokamak. Dat gebeurt met mangeetvelden, opgewekt met sterke elektrische stromen in enorme spoelen.

Uit de proeven moet een optimale instelling volgen van de talloze parameters die dat veld beheersen. 'Ooit', zegt Beurskens, 'was de verwachting dat zelfs JET al break-even zou halen: quitte spelen met energie. Door alle onderzoek weten we nu dat turbulentie in het plasma stevig roet in het eten gooit, totdat je die leert onderdrukken.'

En dat, zegt de Franse JET-onderzoeksdirecteur dr. Jérôme Paméla, is meer dan fine tuning uit academische belangstelling. Vóór hem op de werktafel ligt een tabelletje met abstracte getallen dat hij dezer dagen maar wat graag aan ministers laat zien. 'De laatste jaren heeft JET onomstotelijk bewezen dat onze ideeën over een nieuwe realistischer fusiereactor, fysisch correct zijn. We weten hoe we verder moeten.'

Dat komt mooi uit, want afgelopen week besloten de Europese onderzoeksministers in Brussel dat Europa in principe verder wil met kernfusie. De Europese Commissie heeft daartoe een mandaat gekregen en op de achtergrond circuleert al een concreet voorstel van de Franse regering om het volgende grote project, de internationale ITER-reactor, in het Zuid-Franse Cadarache te bouwen.

Formeel, zegt Paméla, moet weliswaar eerst worden geregeld hoe en in welke mate Europa zal meedoen aan ITER. Dat wordt een kwestie van onderhandelen met Rusland, Canada en vooral: Japan. 'Maar als we geen serieuze locatie achter de hand hebben, staan we als Europa zwak in de onderhandelingen met Japan. Terwijl de reactor logischerwijs in Europa zou moeten staan, gezien onze leidende positie in het veld.'

Een internationale werkgroep voltooide na jaren studie in 1998 het basisontwerp van ITER: de eerste fusiereactor die zeker tienmaal meer energie zou moeten vrijmaken dan erin gaat om hem aan de praat te krijgen. De immense machine, was het idee, moest net als JET een donutvormig reactorvat krijgen, maar van zestien meter diameter in plaats van zes. Supergeleidende spoelen zouden het benodigde magnetische veld in de vijftig meter hoge machine opwekken.

Kosten: zes tot zesenhalf miljard euro. Vooral dat reusachtige bedrag deed bij veel autoriteiten de stoppen doorslaan. De Amerikaanse partners trokken zich schielijk terug uit ITER, vooral vanwege de vrees dat het internationale project geen geld zou overlaten voor fusieresearch bij afzonderlijke laboratoria in de VS. En de overige partners, Europa, Rusland, Canada en Japan, konden het geld niet opbrengen.

Paméla, ex-leider van het Franse fusie-onderzoek in Cadarache: 'ITER in die vorm werd onhaalbaar, we moesten een stap terug doen.' Inmiddels staat de ITER-FEAT (Fusion Energy Advanced Tokamak) op de tekentafels, een kleinere en vooral veel goedkopere versie. De machine van vijfhonderd megawatt (MW), met een diameter van twaalf meter en een volume van zeshonderd kubieke meter, kost hooguit drieënhalf miljard euro, is nu de schatting.

Deze ITER rip off zal het principe van beheerste kernfusie aantonen, maar nog geen stroom gaan opwekken. Daarvoor is na ITER eerst nog een demonstratiereactor nodig, nu al DEMO genaamd, die ergens in 2030 klaar kan zijn. Fusiecentrales, deze week nog als niet-fossiel alternatief aangeprezen bij de Klimaatconferentie in Den Haag, zijn er dan op z'n vroegst in 2050.

Als met het nieuwe EU-mandaat de onderhandelingen met de overzeese partners vlot verlopen, kan binnen een jaar of twee de beslissing vallen om ITER echt te gaan bouwen. Rond 2004 of 2005 gaan dan de eerste palen de grond in voor het internationale monsterproject.

Volgens Paméla heeft de Europese kernfusie-gemeenschap zich al met al na drie jaar somberen aan zijn eigen haren uit het moeras getrokken. Begin dit jaar werd EFDA, de European Fusion Development Agreement, in het leven geroepen. Daarin is alle fusieonderzoek in Europa gecoördineerd, wordt het lopende onderzoek met JET beheerd en de voorbereiding van ITER voortgezet.

De JET-reactor in Culham heeft met de nieuwe EFDA-bemoeienis ook een nieuwe rol gekregen in het Europese fusie-onderzoek. Was het lab vroeger een tamelijk gesloten onderneming waar door vaste experts verbeten werd gewerkt aan het bereiken van break-even, nu is het een geheel open faciliteit, zegt Paméla.

'Onderzoekers uit heel Europa kunnen voorstellen doen voor projecten in de reactor.' Inmiddels, zegt hij, is 70 procent van de wetenschappelijke JET-staf nieuw. 'Het bruist van de ideeën.'

De reactor in Culham, benadrukt Paméla, houdt die nieuwe rol van open onderzoeksfaciliteit zeker tot het moment dat in ITER het eerste plasma tot ontbranding zal komen, ergens rond 2010 misschien. 'Het duurt nog jaren voordat het ontwerp van ITER-FEAT werkelijk zal worden bevroren. Tot die tijd leveren de talloze experimenten hier nog steeds verfijningen en optimalisaties op, die we nog hard nodig zullen hebben.'

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden