Amerikaanse onderzoekers hebben een grote stap gezet op het gebied van kernfusie, de potentieel onbeperkte energiebron zonder CO2-uitstoot. Zij hebben in het National Ignition Facility (NIF) van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Californië een kernfusie gerealiseerd die netto energie opleverde.
Wetenschappers zijn er al eerder in geslaagd fusiereacties te produceren, maar niet zonder meer energie te gebruiken om het proces op gang te brengen dan zij erdoor konden produceren. Dat is de onderzoekers in het LLNL wel gelukt. Hun proef leverde 3,15 MJ aan energie op, terwijl er 2,05 MJ in de kernfusie werd gestopt.
Kernfusie vindt plaats in een plasma, de vierde aggregatietoestand naast vloeistoffen, vaste stoffen of gassen. Bij een plasma zijn de atomen in een element elektronen kwijtgeraakt. De atoomkernen zijn daardoor positief geladen en stoten elkaar af.
Alleen bij extreem hoge temperatuur en druk, hebben deze deeltjes voldoende energie om de afstotende elektrostatische kracht te overwinnen, te botsen en samen te smelten. Bij lichte atomen, zoals het in deze proef gebruikte deuterium en tritium (beide isotopen van waterstof), komt daarbij de interne bindingsenergie vrij.
Het LLNL gebruikt daarvoor een proces dat ‘inertial confinement fusion’ heet. De krachtigste lasers ter wereld zijn daarbij gericht op een 2 mm brede plastic capsule gevuld met de zware varianten van waterstof. Wanneer de capsule implodeert, wordt de druk en temperatuur in de capsule enorm opgedreven. De atoomkernen fuseren waardoor er een energie-uitbarsting ontstaat, vergelijkbaar met die in het centrum van de zon.
Dit proces maakt kernfusie inherent veiliger dan kernsplijting, de nu gebruikte vorm van nucleaire energie. Kernsplijting draait op een kettingreactie en moet juist worden gecontroleerd. Kernfusie is een zeer moeilijk vol te houden reactie die moet worden aangedreven.
Bovendien heeft kernsplijting het nadeel dat het onstabiele kernen produceert; afval kan miljoenen jaren radioactief blijven. Naast helium produceert (en verbruikt) een fusiereactor tritium binnen een gesloten circuit. Daarbij kan ook radioactiviteit ontstaan, maar de halveringstijd van deze materialen is slecht enkele decennia, zodat het geen ernstig gevaar oplevert.
Het zal naar verwachting nog wel jaren duren voordat kernfusie de wereld van energie kan voorzien. In Zuid-Frankrijk wordt al sinds 2006 door onder meer de EU, VS, Japan en China gebouwd aan ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – die overigens een andere techniek gebruikt dan die van de onderzoekers van het LLNL. Deze moet, volgens de eigen planning, in 2035 in bedrijf zijn en 500 MW aan energie produceren.
