#kernfusie

Precies honderd jaar geleden lanceerde Eddington het idee van kernfusie als motor van sterren

Op 24 augustus 1920 – vandaag exact honderd jaar geleden – gaf de Britse sterrenkundige Arthur Eddington in Cardiff een lezing voor duizend mensen op de jaarlijkse bijeenkomst van de ‘British Association’. Eddington, die een jaar eerder tijdens een zonsverduistering Einstein’s Relativiteitstheorie kon bewijzen, werd de president van de wis- en natuurkundedivisies van de BA en daarom mocht hij…

Precies honderd jaar geleden lanceerde Eddington het idee van kernfusie als motor van sterren

Op 24 augustus 1920 – vandaag exact honderd jaar geleden – gaf de Britse sterrenkundige Arthur Eddington in Cardiff een lezing voor duizend mensen op de jaarlijkse bijeenkomst van de ‘British Association’. Eddington, die een jaar eerder tijdens een zonsverduistering Einstein’s Relativiteitstheorie kon bewijzen, werd de president van de wis- en natuurkundedivisies van de BA en daarom mocht hij…

Bij testen die zijn uitgevoerd in een fusiereactor in China is een belangrijke mijlpaal bereikt. Bij het experiment werd een plasma gecreëerd van 50 miljoen graden (heter dan de kern van de zon) en dat werd maar liefst anderhalve minuut volgehouden!

Het experiment is uitgevoerd in de Experimental Advanced Superconducting Tokamak of EAST, dat gebruik maakt van een donutvormige reactor waarin het onvoorstelbaar hete plasma zich bevindt. Door magnetische velden heel precies te controleren kan het plasma worden vastgehouden in een nauwe ring, zonder dat het ooit in aanraking komt met de wanden van de reactor.

Een dergelijke temperatuur lang genoeg volhouden is van essentieel belang bij het opwekken van energie – het doel op lange termijn van dit soort fusiereactors. We moeten de reacties immers lang genoeg laten voortduren om meer energie op te wekken dan er wordt ingestopt. Immers, het kost ontzettend veel energie om de noodzakelijke temperatuur voor fusiereacties te bereiken. Helaas is het begrenzen en onder controle houden van zo’n enorme hitte nogal een opgave. Vandaar dat een experiment waarbij zo’n temperatuur 102 seconden lang wordt volgehouden zeer belangrijk is.

Dit goede nieuws komt in het voetspoor van een succesvolle test in het Max Planck Instituut, waarbij voor het eerst waterstofbrandstof is gebruikt in hun Wendelstein 7-X stellator.

Toch is dit verre van de hoogste temperatuur die ooit op aarde bereikt is. Die eer valt de beurt aan de Large Hadron Collider, waarin ze voor elkaar krijgen om een plasma-“soep” van subatomaire quarks en gluonen te produceren met een geschatte temperatuur van tien triljoen graden (korte notatie). Dat is zo ongeveer 250.000 keer heter dan in de kern van de zon! Helaas duren die condities slechts een fractie van een fractie van een seconde, waardoor het als energiebron waardeloos is.

Toch vermoeden wetenschappers dat de noodzakelijke temperatuur voor efficiënte kernfusie zo’n 100 miljoen graden zal bedragen – we hebben dus nog een weg te gaan! Volgens de heersende consensus zal het zeker nog tien jaar duren voordat zo’n fusiereactor in staat zal zijn om werkelijk elektriciteit te produceren.

Bron: Gizmodo

<!-- if(wpa2a)wpa2a.script_load(); //-->

Het heeft 19 jaar geduurd om ‘m te bouwen, maar als volgende maand de definitieve toestemming wordt gegeven door de Beierse autoriteiten gaat ‘ie voor het eerst draaien om te proberen de kern van de zon na te bootsen: de kernfusiereactor Wendelstein 7-X (kortweg de W7-X) van het Max Planck Instituut in Duitsland – prijskaartje € 1,06 miljard. Het is een 16 meter wijde ring met een volume van 30 m³ omgeven door vijftig grote magnetische spoelen, elk zes ton zwaar. In de ring moet een plasma gedurende dertig minuten tot miljoenen graden worden gebracht, een temperatuur die vergelijkbaar is met het centrum waar de zon, waarbij de geladen waterstofatomen moeten fuseren tot zwaardere atomen en er energie vrijkomt. Er zijn in principe twee types kernfusiereactoren, de tokamaks en de stellarators. Die eerste waren lange tijd favoriet, maar door grote problemen in de jaren negentig kozen vele onderzoeksinstituten weer voor de stellarator, een systeem dat al in 1950 door de sterrenkundige Lyman Spitzer werd bedacht, de man naar wie NASA’s infraroodtelescoop Spitzer is genoemd. In de W7-X loopt het superhete plasma als een gedraaid lint door de ring, zoals op de afbeelding hieronder te zien is.

Als ‘ie naar schatting volgende maand voor het eerst gaat draaien hopen ze in Duitsland voor het eerst gedurende langere tijd energie op te wekken via kernfusie, iets wat met behulp van tokamak reactoren zoals ITER maar gedurende zeer korte tijd lukte. Hieronder een video over de stellarator W7-X.

Bron: Gizmodo.

De commissie Begrotingscontrole van het Europees Parlement weigert de rekeningen van 2013 van het kernfusieproject ITER goed te keuren. Ze spreekt van geldverspilling en verkeerd management. Volgens Bart Staes (Groen) zijn de stijgende kosten van ITER – in 2006 geraamd op 5,9 miljard euro, nu op 16 miljard – “een hold-up van de Europese belastingbetalers en toekomstige generaties”.

Behalve de buitensporige kosten is een groot bezwaar dat we niet eens met zekerheid kunnen zeggen of dit project ooit 1 kilowattuur elektriciteit zal produceren. Elk jaar moet het Europees Parlement goedkeuring verlenen aan de rekeningen van alle Europese instellingen en agentschappen. Het voorbereidende werk van die kwijtingsprocedure gebeurt in de commissie Begrotingscontrole. Daar vond gisteren en vandaag een marathonzitting plaats waar gestemd werd over de rekeningen van 2013.

Het ITER-project, waar de EU een van de partners is, kreeg geen kwijting van de commissie. Met het in Zuid-Frankrijk gevestigde ITER zal onderzocht worden of het wetenschappelijk en technisch haalbaar is om kernfusie te gebruiken als een toekomstige, commercieel bruikbare energiebron. Grote bouwput

“Behalve de buitensporige kosten is een groot bezwaar dat we niet eens met zekerheid kunnen zeggen of dit project ooit 1 kilowattuur elektriciteit zal produceren”, legt commissielid Bart Staes uit. “Als dat al gebeurt, is dat volgens experts zeker niet voor 2050, maar eerder 2080.”

In 2011 bracht Staes een inspectiebezoek aan ITER en het project bleek toen niet meer dan een grote bouwput, herinnert hij zich. “Dit dure project is onverantwoord en onbegrijpelijk als je ziet onder welke extreem hoge druk de nationale begrotingen staan.” Subsidies

De commissie vraagt nu meer bewijsmateriaal van ITER dat het zijn toegezegde subsidies goed besteed heeft. Het voltallige halfrond stemt in oktober over kwijtschelding van ITER.

Bron: ANP

De nucleosynthese van de elementen. Dubbelklikken om de afbeelding te nucleosynthesiseren.

Nucleosynthese is het proces waarbij kernen van zwaardere elementen, bestaande uit protonen en neutronen, worden opgebouwd uit lichtere elementen. We kennen allemaal van onze scheikundelessen nog wel het periodiek systeem, waarin de elementen keurig gerangschikt staan. Wat je daarin echter niet terug ziet is de oorsprong van de elementen, door welk proces ze gevormd zijn. En dat is wat de afbeelding hierboven wel laat zien, de processen die voor ieder element hebben gezorgd. En dat zijn er zoals je kunt zien zes, de volgende zes processen van de nucleosynthese, waarbij opgemerkt dat sommige elementen, zoals helium, door meerdere processen kunnen worden gevormd:

de oerknal nucleosynthese: dit is de vorming van de allerlichtste elementen tijdens de oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. Het waren in de periode tussen 10 seconden en 20 minuten na de oerknal vooral waterstof en helium die ontstonden en een beetje deuterium en lithium.

de stellaire nucleosynthese: deze vindt plaats in de kern van sterren, een proces dat begon toen pakweg 200 miljoen jaar na de oerknal de eerste sterren ontstonden en dat vandaag de dag nog steeds door gaat. Zoals je aan de afbeelding ziet wordt er onderscheid gemaakt tussen de vorming van elementen door kernfusie in lichte sterren (vooral via de proton-proton cyclus), zoals onze eigen zon, en in zware sterren (vooral via de koolstof-stikstofcyclus en het s-proces).

de supernovae nucleosynthese: dit is de vorming van elementen tijdens de explosie van een supernova. In type Ia supernovae, veroorzaakt door exploderende witte dwergsterren die te zwaar zijn geworden, kan op deze wijze magnesium tot en met nikkel ontstaan, in type II supernovae, zeer zware sterren die na de ijzerverbranding exploderen, kunnen nog zwaardere elementen vormen, met name door het zogeheten R-proces, waarbij heel snel (de R komt van ‘rapid’) neutronen worden ingevangen.

De hoeveelheid van ieder element in het zonnestelsel. Opvallend: er zijn weinig lichte elementen lithium, beryllium en boor, de grote hoeveelheden ijzer en nikkel, 

Nucleosynthese door splijting van kosmische straling: hierbij worden elementen gevormd als zeer energierijke deeltjes van de kosmische straling andere deeltjes raken, zoals in de aardse atmosfeer of in de interstellaire ruimte met gas- en stofwolken gebeurt. Het zijn met name lichte elementen die zo kunnen ontstaan, zoals lithium, beryllium en boon.

De articifiële nucleosynthese: ook de mens maakt elementen en wel in het laboratorium. Het betreft allemaal kortlevende elementen, die (vermoedelijk) niet in de vrije natuur kunnen voorkomen.

Bron: Wikipedia + Starts with a Bang.

De grootste producent van defensiemateriaal in de VS is bezig met een kernfusiereactor die klein genoeg is om met een bestelbusje vervoerd te worden, maar krachtig genoeg is om een vliegdekschip aan te drijven.

Het gaat om Lockheed Martin, die de kernfusiereactor aan het ontwikkelen is in het kader van Skunk Works, een geheime en schimmige afdeling van het bedrijf die ook verantwoordelijk is geweest voor het U2-spionagevliegtuig en de F-117 stealth-bommenwerper. Lockheed Martin heeft al meerdere patenten ingediend en verwacht de volledige versie van de reactor over een jaar of tien voltooid te hebben.

https://www.youtube.com/watch?v=UlYClniDFkM

Volgens het bedrijf heeft men gebruik gemaakt van meerdere magnetische begrenzings-technologieën om het superhete plasma dat noodzakelijk is voor kernfusie in bedwang te houden, terwijl het geheel zo’n 90 procent kleiner is dan gebruikelijk. Ze hebben al een kleinere proefversie geproduceerd, die zo’n 100 megawatt kan produceren binnen een reactor van slechts twee bij drie meter (!).

Volgens Lockheed kan een kleine fusiereactor (zoals degene die door Skunk Works ontwikkeld wordt) een stad van 100.000 mensen van stroom voorzien. Volgens het bedrijf kan niet alleen het Amerikaanse leger van hun doorbraak profiteren, maar ook de mensheid als geheel. Maar het hoe en waarom van deze reactor zijn nog door vele vragen en raadsels omgeven en Lockheed Martin lijkt (nog) niet bereid om volledige openheid van zaken te geven.

Bron: The Guardian