Onderzoekers bij de Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben aangekondigd dat zij een manier hebben gevonden om krachtige magneten veel kleiner te maken dan voorheen mogelijk was. Dat zou een aantal grote voordelen kunnen opleveren voor de ontwikkeling van kernfusiereactoren.

Bij kernfusie worden atoomkernen in een reactor samengesmolten, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Dat is het omgekeerde van wat gebeurt in huidige kerncentrales, waarbij atoomkernen worden gesplitst. 

Om kernen te laten fuseren, is echter een enorme hoeveelheid hitte nodig. Om de reactie op gang te krijgen, moeten wetenschappers de deeltjes opwarmen tot wel 150 miljoen graden Celsius, waardoor zijn een plasma gaan vormen, een elektrisch geladen gas. Als dat plasma heet genoeg wordt, smelten de atoomkernen uiteindelijk samen. 

Om die superhete mix van atoomkernen te controleren, zijn enorm krachtige magnetische velden nodig. Daarom zou de magneettechnologie van de DOE wel eens een grote doorbraak kunnen betekenen.

Bolvormige tokamaks

De wetenschappers ontdekten een nieuwe methode om supergeleidende magneten die bij hoge warmte werken te bouwen. Dat houdt in dat zij gemaakt zijn uit een materiaal dat elektriciteit vrijwel geen weerstand biedt, zelfs niet bij grote temperaturen. Bovendien zouden magneten met de techniek veel kleiner kunnen worden gebouwd.

Daardoor zullen ze makkelijker kunnen passen in bolvormige tokamaks, experimentele kernfusiereactoren waarin plasma kan worden beheerst met behulp van sterke magnetische velden, om zo atoomkernen te laten samensmelten. 

De meeste tokamaks die momenteel worden gebruikt voor experimenten, zijn torusvormig. Door de kleinere magneten zou het makkelijker worden om ook bolvormige reactoren te gebruiken. En dat moet een aantal voordelen bieden.

Kleinere, goedkopere reactoren

Eerst en vooral zullen de magneten gescheiden kunnen worden van andere machines in de centrale holte van de tokamak. Dat betekent dat ingenieurs ze zouden kunnen repareren, zonder andere delen van de reactor uit elkaar te halen.

“Om dit te doen, heb je een magneet nodig met een sterker magnetisch veld en een kleinere omvang dan huidige magneten”, zegt Yuhu Zhai, een van de hoofdauteurs van de paper waarin wordt beschreven hoe de technologie werkt. “De enige manier om dat te doen is door supergeleidende magneten te gebruiken en dat is wat wij hebben gedaan.”

Ook zou de technologie ervoor zorgen dat de reactoren kleiner kunnen worden gemaakt, wat de prestaties zou kunnen verbeteren, terwijl de kosten van zowel de opbouw als de werking kunnen worden gereduceerd. 

Bovendien zouden de magneten ervoor kunnen zorgen, in theorie althans, dat tokamaks verschillende vormen kunnen aannemen, waardoor ze gemakkelijker op verschillende locaties kunnen worden geïnstalleerd. 

(kg)