Controlebundel in fusiereactor waaiert verder uit dan berekend

Een Nederlands-Amerikaans team van onderzoekers heeft ontdekt dat de bundel die instabiliteiten van het plasma in een kernfusiereactor de kop in moet drukken, twee tot drie keer zo breed wordt als berekend. Dat is een uitdaging, want zo’n uitwaaierende bundel is veel zwakker en er is niet zomaar extra energie voorhanden om een sterkere bundel te maken.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het vakblad Nuclear Fusion.

In het plasma van kernfusiereactoren ontstaan geregeld kleine instabiliteiten. Als die instabiliteiten uitgroeien tot grotere verstoringen, stopt de kernfusie en kan de reactor beschadigen. In theorie kunnen die instabiliteiten de kop worden ingedrukt door er een soort laserbundel van geconcentreerde magnetronstraling op te richten.

Jelle Slief, promovendus bij Differ en de Technische Universiteit Eindhoven, vergeleek modelberekeningen van bundels met experimenten in de Amerikaanse fusiereactor DIII-D.

Turbulentie aan rand

De bundel blijkt, afhankelijk van omstandigheden, 1,6 tot 3,6 keer breder te zijn dan vooraf berekend. Dat komt, zo vermoeden de onderzoekers, door turbulentie aan de rand van het plasma.

Slief pakt er een grafiek bij waarin hij met collega’s de resultaten van de Amerikaanse reactor doortrekt naar de in aanbouw zijnde Iter-reactor in Zuid-Frankrijk. “Kijk, bij Iter gaat men uit van een bundel van 12 MW die bij uitzonderingen tot 20 MW kan worden opgevoerd. Wij laten zien dat als de bundel breder wordt dan 2,4, je meer nodig hebt dan die 20 MW.”

DIII-D versus Iter

Slief geeft toe dat de situatie in de Amerikaanse DIII-D misschien anders is dan bij Iter. “Dat is nog niet helemaal duidelijk maar we hebben aanwijzingen dat de twee reactoren best goed met elkaar te vergelijken zijn.”

In de komende periode wil Slief de oorzaak van de verbreding nader onderzoeken. Dan kan hij ook betere voorspellingen doen voor Iter. Ondertussen denken de onderzoekers ook na over andere manieren om de instabiliteiten te onderdrukken. “En, ik zou graag bij Iter meten als ze de boel geleidelijk opstarten,” zegt Slief, “Maar ja, dat duurt nog wel vijf tot tien jaar.”