De grootste fusiereactor ter wereld (ITER) neemt een enorme sprong met een nieuw systeem dat plasma beschermt en de weg vrijmaakt voor werkende kernfusie.
Ingenieurs hebben een geavanceerd systeem ontwikkeld waarbij een extreem dunne laag van boron – aangebracht via het toxische gas diboraan – de plasmawanden moet beschermen tegen verontreinigingen. Deze “boronisatie” wordt gezien als een cruciale stap om het plasma stabiel te houden, wat essentieel is voor het slagen van het fusieproces.
Een nieuwe aanpak
Na een strategische wijziging in 2023, waarbij de binnenbekleding van de plasmakamer veranderde van beryllium naar het veel hittebestendigere tungsten, ontstond de noodzaak voor een nieuwe wandconditioneringstechniek. Tungsten verhoogt namelijk het risico op plasmavervuiling door zwaardere metaaldeeltjes, wat de energie-output van de reactor negatief kan beïnvloeden.
De oplossing is het extreem dunne boronlaagje, slechts enkele nanometers dik. Dit laagje werkt als een schild tegen vervuiling en voorkomt dat schadelijke zuurstofmoleculen het plasma verstoren. Daardoor blijft de energie-output van de reactor hoog en stabiel.
Hoe werkt het?
Diboraan, een samenstelling van waterstof en boron, wordt in een helium-dragergas met een concentratie van 5% in de tokamak geïnjecteerd. Binnenin ontleedt een glow discharge het gas, waardoor koud plasma boron chemisch aan de wanden bindt.
Het ontwerp bevat een leidingennetwerk van meer dan een kilometer in het Tokamak-gebouw. Daarnaast lopen er honderden meters leidingen in de reactor. De wand heeft 21 injectiepunten. Dit complexe systeem is ontwikkeld in nauwe samenwerking met internationale partners, waaronder toonaangevende tokamaks in China, Duitsland en Frankrijk.
Toxisch en explosief, maar toch veilig
Hoewel diboraan bekend staat als toxisch en explosief, is het gebruik ervan bij ITER zorgvuldig gereguleerd. Ze slaan het gas op in een beveiligde cabine buiten het Diagnostiek-gebouw en vernietigen ongebruikte resten door verhitting tot 700°C of met een chemische absorptietrap. Beide methodes zijn beproefd bij andere fusie-experimenten.
Peter Speller, procesingenieur bij ITER, benadrukt: “We zijn zeer zeker van de veiligheid en effectiviteit van beide systemen. Onze ervaring met andere tokamaks bevestigt dat dit een beheersbaar en veilig proces is.”
Samenwerking over de hele wereld
Het oorspronkelijke ITER-ontwerp was al voorzien van glow discharge cleaning. Maar het frequent toepassen van boronisatie is een andere uitdaging. Het team onderzocht of de bestaande anodeconfiguratie regelmatig boronisatiecycli aankan; tests in de Chinese EAST-tokamak zullen dat bevestigen.
Daarnaast bleek de verdeling van de boronlaag over het volledige binnenoppervlak lastig. “Het was echt een internationaal vraagstuk,” aldus Tom Wauters, specialist plasma-wandinteracties bij ITER. Dankzij samenwerking met onder andere ASDEX Upgrade (Duitsland) en WEST (Frankrijk), werd besloten vier extra anodes toe te voegen voor een gelijkmatigere dekking.
Belangrijke stap richting werkende kernfusie
Recent onderzoek toont aan dat één boronisatiecyclus het plasma tot wel 12,5 weken beschermt, maar om optimale prestaties te garanderen, plant men het proces elke twee weken te herhalen. De installatie start in 2028, en met de vrijgemaakte ruimte in het Tritium-gebouw pakt ITER een van de laatste grote technische uitdagingen aan.
ITER’s gebruik van het toxische gas diboraan voor wandcoating is een essentieel onderdeel in de race naar duurzame, werkende kernfusie. Deze innovatie vermindert plasmaverontreiniging en verbetert de fusie-stabiliteit. Zo komen we dichter bij schone, onuitputtelijke energie.
