Max Planck-instituut weet kernfusieplasma 8 minuten in stand te houden

De stellarator van het Duitse Max Planck Instituut voor Plasmafysica heeft plasma acht minuten in stand kunnen houden. Daarbij werd 1,3 gigajoule energieomzet gegenereerd.

Tijdens een drie jaar durende verbouwing die afgelopen zomer eindigde, is hun Wendelstein 7-X uitgerust met waterkoeling voor de wandelementen en een verbeterd verwarmingssysteem. Die laatste kan nu twee keer zoveel vermogen in het plasma koppelen als voorheen. Sindsdien kunnen kernfusie-experimenten in nieuwe parameterbereiken worden uitgevoerd. “We verkennen nu onze weg naar steeds hogere energiewaarden”, zegt Thomas Klinger, hoofd van de Stellarator Transport and Dynamics Division. “We moeten daarbij stap voor stap te werk gaan om de faciliteit niet te overbelasten en te beschadigen.”

Op 15 februari bereikten de onderzoekers een nieuwe mijlpaal: voor het eerst wisten ze in dit apparaat een energieomzet van 1,3 gigajoule te halen. Dit was 17 keer hoger dan de best behaalde waarde voor de ombouw (75 megajoule). De energieomzet is het resultaat van het gekoppelde verwarmingsvermogen vermenigvuldigd met de duur van de ontlading. Alleen als het mogelijk is om continu grote hoeveelheden energie in het plasma te koppelen en ook de ontstane warmte af te voeren, is een elektriciteitscentralebedrijf mogelijk.

Bijzondere hittebestendige scheidingsschotten

Bij Wendelstein 7-X worden bijzonder hittebestendige scheidingsschotten gebruikt om de grootste warmtestromen af te voeren. Ze maken deel uit van de binnenmuur, die sinds de voltooiing van het apparaat nu wordt gekoeld door een systeem van 6,8 kilometer waterleidingen. Geen enkele andere fusiefaciliteit ter wereld heeft momenteel zo’n volledig gekoelde binnenwand.

De plasmaverwarming bestaat uit drie componenten: de nieuw geïnstalleerde ionenverwarming, de verwarming door neutrale deeltjesinjectie en elektronenmicrogolfverwarming. Voor het huidige record was het verwarmingssysteem met elektronenmicrogolven vooral belangrijk omdat het gedurende een periode van enkele minuten grote hoeveelheden vermogen levert.

De energie-omzet van 1,3 gigajoule werd behaald bij een gemiddeld verwarmingsvermogen van 2,7 megawatt, waarbij de ontlading 480 seconden duurde. Dit is ook een nieuw record voor Wendelstein 7-X en een van de beste waarden wereldwijd. Voordat de voltooiing begon, bereikte Wendelstein 7-X maximale plasmatijden van 100 seconden bij een veel lager verwarmingsvermogen.

Het plan is om de energieomzet in enkele jaren te verhogen naar 18 gigajoule, waarbij het plasma dan een half uur stabiel wordt gehouden.

Magnetische fusie

Het Max Planck Instituut volgt het pad van magnetische fusie. Omdat het fusievuur pas ontbrandt bij temperaturen boven de 100 miljoen graden, mag de brandstof – een dun waterstofplasma – niet in aanraking komen met koude vaatwanden. Vastgehouden door magnetische velden zweeft het bijna contactloos in een vacuümkamer. De magnetische kooi van Wendelstein 7-X wordt gecreëerd door een ring van 50 supergeleidende magnetische spoelen. Het is een stellarator-achtige faciliteit waarin de speciale vormen van de spoelen het resultaat zijn van geavanceerde optimalisatieberekeningen. Met behulp van deze spoelen zou de kwaliteit van plasma-opsluiting in een stellarator volgens de onderzoekers het niveau van concurrerende tokamak-achtige faciliteiten moeten bereiken.