Internationale experimenten bij de Britse fusiemachine MAST Upgrade in Culham, geleid door Nederlandse onderzoekers, laten zien hoe het innovatieve 'Super-X' ontwerp grote voordelen biedt in het omgaan met de hete deeltjes in de uitlaat van fusie-energiemachines. Het succesvol beheersen van die hete deeltjes is een van de grootste hindernissen bij het realiseren van fusie-energie. De resultaten zijn gepubliceerd in de toonaangevende tijdschriften Communication Physics en Nature Energy.
Temperaturen van meer dan 10.000 graden Celsius en een ‘hagelbui’ van geladen fusiedeeltjes: dit zijn extreme omstandigheden waar de uitlaatwand (divertor) van toekomstige fusiecentrales tegen bestand moet zijn. Het omgaan met deze stroom aan uitlaatdeeltjes is een van de grootste uitdagingen bij het realiseren van schone, veilige en betaalbare commerciële fusiecentrales.
Eerste ‘proof-of-concept’-studies tonen al aan dat het ‘Super-X’-ontwerp voor de uitlaat de warmtelast met een tienvoud kan verminderen in vergelijking met conventionele ontwerpen. De nieuwe experimentele resultaten tillen deze eerste waarnemingen verder dan proof-of-concept door de belangrijkste voordelen voor fusiecentrales aan te tonen: verbeterde controle over de energie-uitlaat terwijl de complexiteit van de techniek in balans blijft.
MAST Upgrade, het nationale fusie-experiment van het Verenigd Koninkrijk, is speciaal gebouwd door de United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) om oplossingen te ontwikkelen voor de uitlaat van fusie-machines. Het Super-X ontwerp, ontwikkeld vanuit een concept dat afkomstig is van het Institute for Fusion Studies van de Universiteit van Texas in Austin, heeft een langere uitlaat. Met langere ‘benen’ van plasma vergeleken met conventionele ontwerpen die meer ruimte bieden om het plasma af te koelen voordat het de wanden van de uitlaat raakt.
Wereldprimeur voor alternatief concept De nieuwe resultaten zijn een wereldprimeur: bij MAST Upgrade hebben de onderzoekers aangetoond dat de Super-X-benadering uitlaatcontrole mogelijk maakt, zonder dat dit invloed heeft op de tegenoverliggende uitlaat of de kern van het plasma waar fusie-energie wordt geproduceerd. De onderzoekers tonen aan dat het in vergelijking met conventionele ontwerpen aanzienlijk eenvoudiger is om de gewenste, gunstigere omstandigheden in een Super-X-configuratie te beheersen. Deze resultaten geven vertrouwen om tot een oplossing voor de uitlaat van fusiereactoren te komen. Ze bouwen voort op eerdere bevindingen dat de Super-X-configuratie op MAST Upgrade de integratie van een hete plasmakern met koude omstandigheden in de uitlaat mogelijk maakt.
De experimenten toonden verder aan dat zelfs een bescheiden aanpassing van de ‘benen’ van de uitlaat ten opzichte van het conventionele ontwerp met ‘korte benen’ al aanzienlijke voordelen biedt bij het beheersen van de fusiehitte. Dit komt overeen met voorspellingen van computermodellen die een beter begrip van het uitlaatontwerp laten zien. Toekomstige fusieprojecten kunnen daarom profiteren van veel betere omstandigheden in de uitlaat en controle over de hete uitlaatgassen, terwijl de complexiteit van de techniek in balans blijft.
Gerenommeerde tijdschriften De resultaten over de natuurkundige en technische aspecten van de Super-X uitlaat werden gepubliceerd in de vooraanstaande tijdschriften Communication Physics en Nature Energy. De Nederlandse fusieonderzoekers Kevin Verhaegh (voorheen werkzaam bij United Kingdom Atomic Energy Authority, momenteel aan de Technische Universiteit in Eindhoven, TU/e) en Bob Kool (Nederlands energieonderzoeksinstituut DIFFER en TU/e) leidden het werk in een samenwerking tussen de onderzoeksteams van UKAEA en het Europese EUROfusion.
Het onderzoek bouwt voort op de gezamenlijke inspanningen van onderzoekers die zich richten op kernfusie (en meer specifiek: op de uitlaat van kernfusiereactoren), bijvoorbeeld in experimenten bij de Zwitserse fusiemachine TCV.
Kevin Verhaegh, TU/e, Science and Technology of Nuclear Fusion (AP): "Deze resultaten voorspellen veel goeds voor verschillende toekomstige projecten, zoals de STEP-machine in het Verenigd Koninkrijk, de ARC-machine in de VS en de Europese DEMO-machine. We konden aantonen dat zelfs een bescheiden, strategische aanpassing van de uitlaat van de machine al veel van de voordelen van extremere ontwerpen kan bieden. Omdat extreme ontwerpen van de afvoer echter moeilijk te realiseren zijn in een fusiereactor, openen onze resultaten nieuwe deuren voor de verbetering van de vormgeving van toekomstige fusiemachines."
Bob Kool, DIFFER en TU/e, Control System Technology (ME): "Deze resultaten laten duidelijk de vele voordelen zien die alternatieve uitlaatontwerpen kunnen bieden bij het afvoeren van de hitte en daardoor het behouden van acceptabele uitlaatcondities. Dit is een belangrijke stap in de oplossing van het uitlaatprobleem en brengt ons uiteindelijk dichter bij de realisatie van fusie-energie."
James Harrison Head of MAST Upgrade Science, UKAEA: "Demonstrating that the plasma conditions in the divertors of MAST Upgrade can be controlled independently is an important advancement towards developing robust control of plasma exhaust in future machines. These exciting results were made possible by strong international collaborations between the UKAEA, TU Eindhoven, DIFFER and EUROfusion teams that will continue pushing the boundaries of our understanding in this important area of research."
EINDE PERSBERICHT ---- | 
