Wat als de ideale kernfusiereactor niet één bestaand ontwerp gebruikt, maar het beste van twee technologieën combineert? Amerikaanse en Duitse wetenschappers gaan dat onderzoeken met een investering van 13,3 miljoen dollar. Hun doel: een stabielere en efficiëntere fusiereactor ontwikkelen die de weg vrijmaakt voor commerciële kernenergie.
Columbia University en het Duitse Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) bundelen hun krachten in een nieuw onderzoekscentrum: het Max Planck Columbia Center – Optimizing Symmetry in Fusion Plasmas. Het project start in 2027 en krijgt aanvankelijk vijf jaar de tijd om belangrijke technische obstakels voor kernfusie aan te pakken.
Twee fusiereactoren combineren tot één ontwerp
De onderzoekers richten zich op twee veelbelovende reactorconcepten: de tokamak en de stellarator. Beide gebruiken krachtige magnetische velden om extreem heet plasma vast te houden, zodat lichte atoomkernen kunnen samensmelten en energie vrijkomt. Het grote verschil zit in de manier waarop dat plasma wordt opgesloten.
Een tokamak gebruikt naast externe magneten een elektrische stroom door het plasma. Dat levert goede opsluiting op, maar brengt ook risico’s met zich mee, zoals plotselinge plasmaverstoringen die de reactor kunnen beschadigen.
Een stellarator gebruikt daarentegen ingewikkelde, driedimensionaal gevormde magnetische spoelen. Daardoor is minder afhankelijkheid van plasmastroom nodig en behoort langdurige, continue werking tot de mogelijkheden. De complexe magneetgeometrie maakt het ontwerp echter technisch uitdagend en kostbaar.
De onderzoekers willen nu een hybride reactor ontwikkelen die de sterke plasmaopsluiting van tokamaks combineert met de stabiliteitsvoordelen van stellarators.
Experimenten op twee grote Duitse fusie-installaties
De samenwerking biedt Amerikaanse onderzoekers toegang tot twee belangrijke Europese onderzoeksinstallaties: Wendelstein 7-X in Greifswald en ASDEX Upgrade in Garching. Wendelstein 7-X is een van de meest geavanceerde stellarators ter wereld. ASDEX Upgrade wordt gebruikt om het gedrag van plasma in tokamaks te bestuderen.
Door experimenten op beide installaties te vergelijken, hopen wetenschappers beter te begrijpen welke magnetische configuraties de beste resultaten opleveren.
Extreme hitte blijft groot obstakel
Een belangrijke onderzoeksvraag is hoe toekomstige reactoren hun enorme warmtebelasting kunnen verwerken. Hoewel het plasma temperaturen van meer dan 100 miljoen graden Celsius kan bereiken, moeten de omliggende reactoronderdelen intact blijven. Vooral de gecontroleerde afvoer van warmte en deeltjes vormt een technische uitdaging.
Daarnaast onderzoeken de wetenschappers nieuwe supergeleidende magneten en manieren om plotselinge energieontladingen te voorkomen. Opvallend is de aandacht voor magnetische symmetrie. Door de vorm van het magneetveld nauwkeurig te optimaliseren, kunnen energieverliezen mogelijk worden beperkt zonder de stabiliteit van het plasma op te offeren.
Ook commerciële fusiebedrijven schuiven aan
Het onderzoekscentrum betrekt ook bedrijven als Commonwealth Fusion Systems, Proxima Fusion, Thea Energy en Type One Energy. Zij kunnen wetenschappelijke inzichten helpen vertalen naar praktisch toepasbare reactorontwerpen.
Toch betekent de investering niet dat commerciële kernfusie binnen vijf jaar werkelijkheid wordt. Naast plasmastabiliteit moeten toekomstige centrales ook problemen rond materiaalbelasting, brandstofvoorziening en kostenefficiëntie oplossen.
Juist daarom is deze samenwerking interessant: in plaats van uitsluitend bestaande reactorontwerpen verder te verfijnen, onderzoeken wetenschappers of een combinatie daarvan uiteindelijk een betere route naar betrouwbare fusie-energie biedt.
