De doorbraak van kernfusie in context

Vorige maand de National Ignition Facility in het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Californië aangekondigd een belangrijke doorbraak in het onderzoek naar kernfusie. Sindsdien hebben een aantal mensen me gevraagd wat deze doorbraak nu eigenlijk betekent.

Laten we eerst enkele basisprincipes van kernfusie bespreken. De huidige kerncentrales zijn gebaseerd op kernsplijting, het splitsen van een zware isotoop zoals uranium-235 in twee kleinere isotopen. (Isotopen zijn gewoon verschillende vormen van een element).

In eenvoudige bewoordingen is kernsplijting als het afschieten van een kleine kogel in het midden van de isotoop, waardoor deze onstabiel wordt en splijt. Wanneer het splitst, komt er een enorme hoeveelheid energie vrij (massa en energie zijn gerelateerd door Einsteins beroemde vergelijking E = Mc²). Die energie kan dan worden omgezet in elektriciteit.

Een van de belangrijkste bezwaren tegen kernsplijting is echter dat de bijproducten van kernsplijting zeer radioactief zijn en dat veel daarvan een lange levensduur hebben. Met andere woorden, ze vormen een gevaar voor het leven, tenzij ze op de juiste manier worden behandeld. Deze radioactieve bijproducten zijn de reden waarom sommigen tegen kernenergie zijn.

Kernfusie, de bron van energie voor sterren zoals onze zon, is anders. Bij fusie dwing je kleinere isotopen samen om grotere isotopen te vormen. Meestal gaat het om het combineren van isotopen van waterstof - het kleinste element - om helium te vormen. Bij deze reactie komt nog meer energie vrij dan bij de splijtingsreactie, maar wat nog belangrijker is, het produceert geen langdurige radioactieve bijproducten. Daarom wordt kernfusie vaak de 'heilige graal' van de energieproductie genoemd.

Wat is het probleem? Die kleine waterstofisotopen zijn zeer goed bestand tegen versmelting. Er is enorme druk en hoge temperaturen voor nodig (zoals aanwezig in de zon) om ze te dwingen samen te smelten. Dat is heel anders dan kernsplijting, dat gaat relatief makkelijk. Dus hoewel fusie kan worden bereikt in kernwapens, hebben onderzoekers tientallen jaren besteed aan het creëren van een gecontroleerde fusiereactie die zou kunnen worden gebruikt voor energieproductie.

In de loop der jaren zijn er veel "doorbraken" aangekondigd. Degene die vorige maand werd aangekondigd, was dat wetenschappers voor het eerst meer energie uit het fusieproces haalden dan ze erin moesten stoppen. Eerdere pogingen om fusie tot stand te brengen, vereisten meer energie-input dan de geproduceerde fusiereactie.

Dit betekent dus een belangrijke doorbraak. Maar hoe dicht zijn we bij de ontwikkeling van commerciële fusiereactoren?

Hier is een analogie die ik heb gebruikt om het in context te plaatsen. Er waren veel mijlpalen op weg naar commerciële vliegreizen. De gebroeders Wright vlogen in december 1903 de eerste succesvolle gemotoriseerde vlucht in de geschiedenis. Het zou nog 16 jaar duren voordat de eerste transatlantische vlucht zou plaatsvinden. Maar het eerste zeer succesvolle commerciële vliegtuig, de Boeing 707, zou pas in 1958 worden geïntroduceerd.

De langlopende grap is altijd geweest dat commerciële kernfusie 30 jaar verwijderd is. In werkelijkheid betekent dat gewoon dat we nog steeds niet het volledige pad kunnen zien om daar te komen. De recente doorbraak is zeker een mijlpaal op de weg naar commerciële kernfusie. Maar misschien zijn we nog 30 jaar verwijderd van de commerciële realisatie van kernfusie.