De grote droom van kernfusie

Op bezoek bij de ITER-reactor

Hoe werkt kernfusie?

We kwamen niet naar ITER om de politieke problemen uit het verleden aan te horen, maar om de bouwplaats te bezoeken waar het betonskelet voor de reactor inmiddels bijna klaar is. In totaal bevat het 42 hectare grote terrein 39 gebouwen. Voordat we het terrein opgingen, kregen we een overzicht van de werking van de reactor en hoorden we waarom die zo groot moet zijn.

Bij kernfusie wordt met behulp van magnetisme een plasma in bedwang gehouden waarin twee waterstofkernen onder hoge druk en bij een zeer hoge temperatuur kunnen samensmelten tot helium, waarbij energie vrijkomt. Het probleem is alleen: er moet ook veel energie in om het geheel op te warmen en het plasma in bedwang te houden. In theorie is het mogelijk om meer energie uit kernfusie te halen dan erin gaat.

Om het principe van kernfusie uit te leggen, gaan we uit van de equivalentie van massa en energie, of E=mc². Bijvoorbeeld: volgens sommige berekeningen zet de zon per seconde zo'n 700 miljoen ton waterstof om in zo'n 695 miljoen ton helium. Het massaverschil van 4,4 miljoen ton wordt omgezet in energie. Het in gang zetten van deze reactie is niet makkelijk, want op aarde houdt kernfusie zichzelf niet aan de gang zoals kernsplijting. Dit verklaart ook waarom kernfusie in een reactor veilig is; als er geen energie in wordt gestopt, stopt de reactie.

Fusiereactie (beeld: Wikipedia)

Voor kernfusie hebben we de kernen van deuterium (waterstof met één neutron) en tritium (waterstof met twee neutronen) nodig. Deuterium kun je uit zeewater halen (ook wel 'zwaar water') en tritium is een restproduct van kernsplitsingscentrales, maar kan vermoedelijk ook vanuit de fusiereactie worden gewonnen. Het zou dus mooi zijn als een reactor in de toekomst dat zelf kan maken. Tritium breeding is dan ook een van de onderzoeksdoelen van ITER.

Vervolgens is een hoge temperatuur van zo’n 15 miljoen kelvin nodig, maar dan wel bij de immense druk in het hart van de zon. Voor een nuttige opbrengst in een aardse reactor, bij bijna atmosferische druk, moet de temperatuur tien keer zo hoog zijn als die in het centrum van de zon, namelijk 150 miljoen kelvin. De uitkomst is een helium-4-kern, een neutron en een energie van 17,6MeV.

De reactie ziet er als volgt uit: ²H + ³H → ⁴He + n + 17,6MeV

Radioactief?

Bij kernfusie is er niets dat sterk radioactief wordt, zoals bij kernsplitsing wel gebeurt. Bepaalde onderdelen worden licht radioactief,bijvoorbeeld tritium. Dat heeft een halfwaardetijd van 12,5 jaar waardoor het grootste deel al snel vervalt naar een niet-radioactieve vorm. Het metaal rond de reactor wordt ook radioactief en is zijn radioactiviteit na 100 jaar kwijt. Metallische deeltjes in het koelwater worden eveneens licht radioactief. Dit water wordt na een aantal gebruikscycli een half jaar in bassins opgeslagen en gefilterd, zodat het grootste deel van de radioactieve deeltjes eruit is. Als het uiteindelijk wordt geloosd, zitten er minder tritiumdeeltjes in dan in normaal water. Al met al een stuk overzichtelijker dan het radioactieve afval van kernsplitsingscentrales.

• Volgende pagina 3. De testreactor