Kernfusie met een oud TV-toestel

Share Button

Kernfusie is een overvloedige bron van energie. Een reageerbuisje met water bevat al meer potentiële fusie-energie dan zelfs een Amerikaan zijn hele leven verbruikt. De Farnsworth fusor is al voor enkele honderden euro te bouwen. En hij werkt, zij het dat er veel meer energie in moet worden gestopt dan er uit komt.

Alleen waterstofbom levert bruikbare kernfusie-energie op
Het fundamentele technische probleem bij kernfusie is dat twee positief geladen atoomkernen met elkaar moeten samensmelten. Dat is extreem lastig. Positieve ladingen stoten elkaar namelijk af. De beste oplossing is ze met hoge snelheid tegen elkaar te laten botsen, maar dit moet heel precies worden uitgekiend. is de snelheid te hoog, dan kaatsen de atoomkernen weer van elkaar weg zonder dat ze samen konden smelten. In de zon vindt toch kernfusie plaats, omdat de atoomkernen zo snel bewegen en zo vaak botsen, dat ze geregeld de afstoting overwinnen en samensmelten.

Helaas is het nu onmogelijk om een temperatuur van veertien miljoen kelvin en de extreme druk in de kern van de zon na te bootsen. Tokamakbouwers doen hun best, maar zelfs met de beste tokamak tot nu toe, ITER, zal het break-even point waarbij er meer energie wordt opgewekt dan in het apparaat wordt gestopt, voorlopig niet in zicht komen. Een bekende grap onder fusieonderzoeker is dan ook de fusieconstante: een werkende fusiecentrale ligt per definitie altijd vijftig jaar in de toekomst. De reden dat veel onderzoekers pessimistisch zijn over kernfusie. Er is maar één toepassing van kernfusie bekend die (veel) meer energie oplevert dan er in wordt gestopt: de waterstofbom. Niet echt ideaal voor huis- tuin- en keukengebruik.

Op dit moment leveren tokamaks het hoogste rendement op (maar moet er nog steeds meer energie in dan er uit komt). Tokamaks zijn donutvormige ringen waarin een honderden miljoenen graden heet plasma van deuterium wordt vastgehouden door extreem sterke magneetvelden zodat het niet kan ontsnappen. Botsingen tussen de deuterium- en tritiumkernen (deuterium en tritium zijn vormen van waterstof met extra neutronen in de kern) zijn dan zo energierijk dat ze samen gaan smelten en er energie vrij komt.

Farnsworth’s fusor

De Farnsworth fusor. Het spanningsverschil tussen de buitenste schil en de binnenste bol trekt de waterstofionen naar binnen.

De Farnsworth fusor. Het spanningsverschil tussen de buitenste schil en de binnenste bol trekt de waterstofionen naar binnen.

Philo T. Farnsworth was een prototype uitvinder: zeer intelligent, technisch begaafd en eigenwijs maar geen handig zakenman. Hij werd ontslagen, begon voor zichzelf en ging bijna failliet. Hij stierf arm als een kerkrat, maar enthousiaste amateur-onderzoekers over de hele wereld (met een paar groepen professionele wetenschappers) werken aan het verbeteren van zijn fusor.

De fusor werkt via een fundamenteel ander principe dan de op dit moment populaire tokamaks als ITER. Tokamaks verhitten alle deuteriumkernen. In een fusor worden deuteriumkernen gericht op elkaar afgeschoten met precies de juiste snelheid, zodat de atoomkernen elkaar niet afstoten door een te lage of hoge snelheid.  Veertien miljoen graden Celsius is extreem heet, maar in feite is het niet erg moeilijk om een waterstofkern de energie mee te geven die hiermee overeen komt. Het enige wat je nodig hebt is een wat fors uitgevallen elektronenkanon, zoals die in ouderwetse beeldbuizen voorkwamen. Als je een waterstofkern in een elektrisch veld van tienduizend volt versnelt en op een andere kern laat botsen, is kernfusie al mogelijk. Tienduizend volt is hoogspanning, maar niet moeilijk om te halen. Inderdaad is al kernfusie bereikt en worden fusors al als neutronenbron gebruikt.

Polywell
Het probleem is dat het apparaat veel meer energie verbruikt dan er vrij komt. Maar een minuscule fractie van het waterstof raakt de andere kernen. Ook wordt de binnenste, negatief geladen ring (die de ionen aantrekt en het plasma moet vasthouden) geregeld geraakt door de waterstofionen, wat uiteraard een verwoestende uitwerking heeft. Er zijn door diverse uitvinders verbeteringen bedacht, bijvoorbeeld de polywell van Robert Bussard. Hierbij worden  magneetvelden gebruikt om de binnenste elektrode te beschermen tegen de ionen.

Overvloedige energie?
Bussard beweerde dat zijn model WB-6, een miljard fusiereacties per seconde produceert (om dit in perspectief te zien: dat is een vermogen van een milliwatt, net genoeg om een rekenmachientje op te laten lopen) en dat de efficiëntie op zou schalen met de zevende macht van de straal. Met andere woorden: met een veel grotere installatie zou hij netto energie kunnen produceren. Echter: ook de kosten van grote installaties rijzen exponentieel de pan uit. Bussard verwacht break-even bij een proefopstelling van driehonderd miljoen dollar. Vandaar dat zijn financiers niet stonden te juichen om Bussards plannen. Het onderzoek gaat door, ook na de dood van Bussard in 2007. Het nieuwste prototype, WB-8, levert volgens claims van onderzoekers ‘duizend maal meer kenreacties op dan BW-7’. Als we aannemen dat WB-7 gelijkwaardig of beter is dan WB-6 en dat Bussards resultaten kloppen, zou dat dus een vermogen rond een watt betekenen. Heeft opschaling inderdaad de gunstige effecten die Bussard veronderstelde, dan zijn onze energieprobleempjes definitief over, want deuterium, de brandstof die bij kernfusie wordt gebruikt, komt veel voor: ongeveer een op elke tienduizend waterstofatomen is deuterium.

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

2 reacties

  1. Frank schreef:

    De doorbraak kan toch niet lang meer op zich laten wachten, neem ik aan.
    Wie weet wat voor praktisch bruikbare kennis de experimenten in de LHC opleveren?

  2. Nigglezilla schreef:

    op de Engelstalige Wikipedia stond dat de WB-11 al break-even had bereikt, maar zou je A.U.B. de bronnen kunnen benoemen die je in dit artikel hebt gebruikt? ik ben op dit moment bezig met mijn profielwerkstuk waar ik onder andere uitleg geef over de Fusor en de Polywell.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger