Plasma-experiment onderzoekt wandmateriaal voor kernfusie

Het nieuwe experiment Magnum-PSI van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen produceerde deze maand zijn eerste gemagnetiseerde plasmabundel. Magnum-PSI is de eerste faciliteit die materialen bloot kan stellen aan plasma (heet, geïoniseerd gas) onder dezelfde omstandigheden als in de toekomstige fusiereactor Iter.

Het experiment haalt nu al vermogens van acht megawatt per vierkante meter, vergelijkbaar met de wandbelasting in Iter. Het onderzoek in Magnum-PSI helpt wandmaterialen te ontwerpen die beter bestand zijn voor het hete, intense plasma in de fusiereactor.

Wetenschappers willen kernfusie, de energiebron van de zon, op aarde inzetten als schone, duurzame energiebron. Tijdens kernfusie versmelten lichte atoomkernen tot zwaardere en komen grote hoeveelheden energie vrij. De wereldwijde samenwerking aan fusie-energie richt zich nu op de bouw van de geavanceerde reactor Iter in Zuid-Frankrijk. Die moet vanaf 2019 de technische haalbaarheid aantonen van fusie als energiebron. Iter produceert een vermogen van 500 megawatt, tien keer méér dan de machine zelf nodig heeft en evenveel als een kleine energiecentrale.

Wisselwerking tussen heet plasma en reactorwand

Magnum-PSI is speciaal ontworpen om de wisselwerking tussen het plasma en reactorwand in Iter in detail te onderzoeken. In een fusiereactor wordt het reactieproduct helium afgevoerd via een speciaal wandonderdeel, de divertor. Het plasma heeft daar een temperatuur van tienduizenden graden en de aanstormende geladen deeltjes kunnen de reactorwand beschadigen. De mate waarin hangt sterk af van de precieze omstandigheden zoals de temperatuur, deeltjesenergie, plasmadichtheid en het aanwezige magneetveld.

Iter-relevant

Dr. Pedro Zeijlmans van Emmichoven geeft leiding aan het operations-team dat Magnum-PSI heeft ontworpen en gebouwd en nu bedrijfsklaar maakt. "De dichtheid, intensiteit, temperatuur, magneetveld - alles zit in het Iter-relevante regime. We breken hier records! De condities die we hier halen zijn meer dan tien keer zo intens als in andere laboratoria."

Onderzoeksvragen

Met Magnum-PSI wil Rijnhuizen strategieën ontwikkelen om de levensduur van de Iter-wand te vergroten. Zo analyseert het instituut beschadigingen van wandmateriaal en vervuiling in het plasma als gevolg daarvan. In een ander project onderzoekt Rijnhuizen manieren om ongewenste ophoping van de fusiebrandstof tritium in de wand tegen te gaan. Rijnhuizen-directeur prof.dr.ir. Richard van de Sanden is trots op de nieuwe opstelling: "Niemand heeft ooit gezien wat er bij zulke intense omstandigheden met een reactorwand gebeurt. Met Magnum kunnen we dat voor het eerst in een laboratorium onderzoeken."

Na de productie van de eerste plasmabundels wordt Magnum-PSI nu verder bedrijfsklaar gemaakt. Wetenschappelijke plasma-wand-experimenten starten begin 2012. In de toekomst wordt de faciliteit uitgebreid met een supergeleidende magneet. Die zal het plasma uren in stand houden, voor onderzoek naar langdurige blootstelling van wandmateriaal aan het plasma.

Video: Een van de eerste plasmabundels in Magnum-PSI, een waterstofplasma onder een magneetveld van 1,4 tesla. Op de achtergrond zijn de grote roots-pompen te horen die de machine op de ITER-achtergronddruk van minder dan 1 pascal houden.