- Een nieuwe doorbraak in het fusie onderzoek gerealiseerd in de grootste fusiemachine ter wereld, de Joint European Torus (JET) in Culham, nabij Oxford in het Verenigd Koninkrijk
- De recordhoeveelheid opgewekte fusie-energie van 59 Megajoule bevestigt het potentieel van kernfusie
- De bereikte resultaten zijn in overeenstemming met theoretische voorspellingen. De bevindingen versterken de argumenten voor de toekomstige fusiemachine ITER.
- Fusie-energie houdt de belofte in van een veilige, efficiënte en koolstofarme energievoorziening in de toekomst
De baanbrekende resultaten die vandaag bekend worden gemaakt, vormen de meest indrukwekkende demonstratie in 25 jaar van het potentieel van fusie-energie voor een veilige, duurzame en koolstofarme energieproductie voor de toekomst.
Een intense samenwerking tussen 4 800 wetenschappers, ingenieurs, technici en studenten uit heel Europa heeft geleid tot een record van 59 megajoule aan energie uit fusiereacties, opgewekt in de Joint European Torus (JET).
Dit succes is een belangrijke stap voorwaarts voor de realisatie van fusie energie als een veilige, efficiënte en koolstofarme energiebron. Langzaam maar zeker komt een techniek tot stand die geheel of gedeeltelijk een oplossing moet bieden voor het dreigende energieprobleem en de daarmee verbonden ernstige milieuproblematiek.
Dit nieuwe record in JET, de grootste operationele tokamak ter wereld in het laboratorium van de UK Atomic Energy Authority (UKAEA) in Culham nabij Oxford, betekent meer dan een verdubbeling van het vorige record voor fusie-energie dat in 1997 werd behaald. Dit record is het resultaat van een speciaal daartoe opgezette experimentele campagne om de start van het internationale ITER-project optimaal voor te bereiden. Het demonstreert meteen ook de vooruitgang in het kernfusie onderzoek over de laatste twintig jaar.
De behaalde wetenschappelijke resultaten en de record hoeveelheid fusie energie opgewekt in deze experimenten zijn een belangrijke stimulans voor ITER, de grotere en meer geavanceerde versie van JET. De ITER fusie machine, wordt gebouwd in het zuiden van Frankrijk. Zeven grote wereldnaties werken hieraan samen: China, de Europese Unie, India, Japan, Zuid-Korea, Rusland en de Verenigde Staten. Het ITER project heeft tot doel de wetenschappelijke en technologische haalbaarheid van fusie-energie aan te tonen.
Dit succes is een belangrijke stap voorwaarts voor de realisatie van fusie energie als een veilige, efficiënte en koolstofarme energiebron. Langzaam maar zeker komt een techniek tot stand die geheel of gedeeltelijk een oplossing moet bieden voor het dreigende energieprobleem en de daarmee verbonden ernstige milieuproblematiek.
Dr. Bernard Bigot, directeur-generaal van ITER, verklaart:
"Een fusie experiment in deuterium en tritium met dit groot fusievermogen - bijna op industriële schaal - is een duidelijke stimulans voor allen die betrokken zijn in het internationale fusie-onderzoek. De resultaten van JET versterken het vertrouwen dat we met ITER op de goede weg zijn.
Tony Donné, directeur van het EUROfusion consortium, preciseert:
"Deze prestatie is het resultaat van een jarenlange voorbereiding door de onderzoekers van het EUROfusion consortium. Dit record, en wat nog belangrijker is, de lessen die we hebben geleerd over het fusieproces onder deze omstandigheden en hoe de theoretische voorspellingen zijn bevestigd, laat zien dat we op de goede weg zijn naar de praktische realisatie van fusie-energie als energiebron. Nu we een continue productie van fusie-energie gedurende vijf seconden hebben aangetoond, opent dit de weg naar vijf minuten en later naar vijf uur continue productie, naarmate de fusiemachines groter worden.
"Dit is een groot moment voor de hele fusiegemeenschap. Van cruciaal belang is dat de operationele ervaring die we hebben opgedaan onder realistische omstandigheden ons veel vertrouwen geeft voor de volgende fase van experimenten in ITER en EU DEMO, een Europese commerciële reactor waarvan de plannen worden uitgetekend en die voor het eerst elektriciteit uit fusie aan het elektriciteitsnet zal leveren."
Ian Chapman, CEO van UKAEA, voegt daaraan toe:
"Deze baanbrekende resultaten hebben ons een enorme stap dichter gebracht bij het bedwingen van één van de grootste wetenschappelijke en technische uitdagingen. Het is een bekroning voor het werk van meer dan 20 jaar onderzoek en experimenten van wetenschappers uit heel Europa.
"Het is duidelijk dat grote veranderingen noodzakelijk zijn om de gevolgen van de klimaatverandering aan te pakken. Fusie biedt daartoe heel veel mogelijkheden. Wij ontwikkelen een nieuwe technologie voor de realisatie van een koolstofarme en duurzame energiebron met een groot potentieel voor onze planeet en toekomstige generaties. Deze wereld heeft fusie-energie broodnodig."
Volker Naulin, hoofd van de wetenschappelijke afdeling bij EUROfusion, verduidelijkt:
"Deze experimentele campagne op JET is door het EUROfusion consortium in het leven geroepen om de start van ITER optimaal voor te bereiden. Zeer belangrijke resultaten zijn bereikt over de fysische processen die in ITER een rol zullen spelen en bovendien wordt op die manier ook de volgende generatie fusie-onderzoekers voorbereid. De experimenten bevestigen theoretische voorspellingen en zijn een stimulans voor het succes van de exploitatie van ITER. De resultaten onderbouwen in belangrijke mate beslissingen die genomen dienen te worden voor het ontwerp van EU DEMO, een Europese fusie centrale voor de opwekking van elektriciteit, als belangrijke component voor een koolstofarme energievoorziening op lange termijn".
Bijkomende inlichtingen
Kernfusie
Kernfusie is de energiebron van de zon en de sterren. Bij dit proces worden atoomkernen versmolten, en is dus totaal iets anders dan de kernsplijting. Wanneer lichte atomen versmelten tot zwaardere, komt een grote hoeveelheid energie vrij. In reactoren op aarde wordt een paar gram waterstof verhit tot minstens 150 miljoen graad, tien keer heter dan het centrum van de zon. Onder zulke extreme omstandigheden verandert de brandstof in een plasma en vinden daarin fusiereacties plaats.
Kernfusie heeft een groot potentieel als koolstofarme energiebron. Het is veilig en milieuvriendelijk, en de brandstof is overvloedig voorhanden op aarde. Per kg brandstof komt tien miljoen keer meer energie vrij dan bij de verbranding van kolen, olie of gas. De energie die vrijkomt in een toekomstige commerciële fusiecentrale zal gebruikt worden om elektriciteit op te wekken.
Het potentieel van fusie-energie
Fusie, het proces dat sterren zoals onze zon al vele miljarden jaren van energie voorziet, belooft een vrijwel onbeperkte bron te worden van groene elektriciteit op aarde voor de lange termijn. Bij dit proces wordt gebruik gemaakt van kleine hoeveelheden brandstof die uit goedkope materialen kan worden gewonnen. Waterstof atomen, en isotopen ervan, worden bij hoge temperaturen versmolten tot helium, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt in de vorm van warmte. Het fusieproces is niet gebaseerd op een kettingreactie en kan geen aanleiding geven tot het ongecontroleerd vrijkomen van energie.
JET: een experimentele machine van uniek belang
De grootste fusiemachine ter wereld is de Joint European Torus, afgekort JET. Hierin wordt de brandstof verhit tot temperaturen van ongeveer 150 miljoen graden Celsius, tien keer warmer dan het centrum van de zon. JET is een cruciale installatie ter voorbereiding van ITER, één van de grootste wetenschappelijke samenwerkingsprojecten ter wereld. JET kan op kleine schaal processen nabootsen die vergelijkbaar zijn met wat wordt verwacht in de veel grotere ITER machine en toekomstige fusiecentrales. JET is de enige operationele tokamak ter wereld die kan werken met de brandstoffen deuterium en tritium, de brandstof van toekomstige fusie reactoren.
Een gezamenlijke Europese onderneming
De bouw van JET startte in 1977 en de eerste experimenten vonden plaats in 1982. JET begon als een gemeenschappelijke onderneming van de Europese Gemeenschap. De machine staat in Culham, nabij Oxford in het Verenigd Koninkrijk. Het EURATOM-programma voor opleiding en onderzoek heeft van 1977 tot eind 2021 ongeveer 80% bijgedragen in de exploitatiekosten van JET.
Megajoules en Megawatts nader verklaard
Bij het recente record experiment in JET is gedurende een periode van vijf seconden (de maximale duur van dergelijke deuterium-tritium kernfusie experimenten in JET) in totaal 59 Megajoule aan energie uit kernfusie geproduceerd. Tijdens dit experiment was het gemiddeld fusievermogen in JET, dit is de hoeveelheid energie per seconde opgewekt, ongeveer 11 Megawatt.
Het vorige energierecord van een fusie-experiment dateert uit 1997 en werd ook behaald op JET. Toen werd een energie van 22 Megajoule opgewekt. Het toenmalige kortstondige fusie vermogen van 16 Megawatt is in de recente experimenten niet overtroffen, omdat het doel van deze experimenten eerder gericht was op een continue productie van fusie-energie.
EUROfusion
EUROfusion is een consortium van 30 onderzoeksinstituten, en ongeveer 150 daaraan verbonden universiteiten en bedrijven uit 25 lidstaten van de Europese Unie plus het Verenigd Koninkrijk, Zwitserland en Oekraïne. Samen werken zij aan de machine EU DEMO, die in de toekomst fusie-elektriciteit zal leveren aan het elektriciteitsnet.
Het programma van het EUROfusion consortium heeft twee hoofddoelstellingen:
- de voorbereiding van toekomstige experimenten op de in bouw zijnde machine ITER
- ontwikkeling van concepten voor de toekomstige Europese demonstratie fusiecentrale EU DEMO.
Voor meer informatie: https://www.euro-fusion.org/, LinkedIn, Twitter #road2fusion
UKAEA
UK Atomic Energy Authority (UKAEA) voert in opdracht van de Britse regering onderzoek uit naar fusie in het laboratorium te Culham, vlakbij Oxford. Naast JET bevindt zich in dit laboratorium de kleinere fusiemachine MAST Upgrade (Mega Amp Spherical Tokamak Upgrade).
Meer informatie: https://www.gov.uk/ukaea. Social Media: @UKAEAofficial
ITER
Het hoofddoel van ITER is de wetenschappelijke en technologische haalbaarheid van fusie aan te tonen. ITER wordt gebouwd in Saint-Paul-lez-Durance, in het zuiden van Frankrijk en wordt binnen enkele jaren ‘s werelds grootste experimentele fusiemachine.
Europa neemt bijna de helft van de bouwkosten voor zijn rekening, terwijl de andere zes leden in deze internationale samenwerking (China, India, Japan, Zuid- Korea, de Russische Federatie en de Verenigde Staten) elk ongeveer 10% van de kosten dragen.
Voor meer informatie: http://www.iter.org/
EURATOM
Het EURATOM-programma voor opleiding en onderzoek legt de nadruk op onderzoek in fusie en naar de voortdurende verbetering van de nucleaire veiligheid, beveiliging en stralingsbescherming.