Stellarators en tokamaks

Mischa Brendel

Vorige week vrijdag ondertekende FOM Rijnhuizen samen met het Japanse National Institute for Fusion Sciences (NIFS) een raamovereenkomst om samen te werken aan de ontwikkeling van kernfusie.

De Japanners zijn vooral geïnteresseerd in het FOM-instrument Magnum-PSI, dat later dit jaar voltooid zal zijn. In deze machine kunnen materialen lange tijd blootgesteld worden aan intense plasmabundels, om zo de invloed daarvan op het materiaal te kunnen meten.

Het NIFS beschikt op zijn beurt over de Large Helical Device (LHD), een zogenoemde stellarator kernfusiereactor. De stellarator is een variant op de bekendere tokamakreactor, zoals de internationale onderzoeksreactor Iter die momenteel in het Franse Cadarache gebouwd wordt.

 

In een torusvormige tokamakreactor worden plasma’s opgesloten met magneetvelden. De spoelen die deze magneetvelden creëren bevinden zich als ringen om de ‘donut’ waarin het plasma zich bevindt. ‘Om het magneetveld op te wekken bij een tokamakreactor heb je een grote generator die wisselstroom levert nodig’, vertelt prof.dr. Tony Donné, afdelingshoofd Fusion Physics bij FOM Rijnhuizen. ‘Maar bij wisselspanning verandert ook de richting van het magneetveld. Wanneer dit gebeurt, ben je heel even het magneetveld kwijt. En zonder magneetveld raak je ook het plasma kwijt.’ Iter zal in staat zijn om plasma’s in de orde van tien minuten in stand te houden. ‘De LHD van het NIFS is helixvormig en de magnetische spoel is dit ook. Hierdoor creëert de spoel een magnetisch veld zonder dat daar een stroom voor door het plasma hoeft te lopen, waardoor het plasma veel langer in stand is te houden. Het grote nadeel is echter dat stellarators in ontwerp veel moeilijker zijn dan tokamaks.’ 

Maar net zoals bij Iter het geval zal zijn, ontsnappen er bij de LHD ook plasmadeeltjes die reageren met de reactorwand. Het instrument Magnum-PSI van FOM Rijnhuizen moet inzicht bieden in wat er onder die omstandigheden met de reactorwand gebeurt. Donné: ‘Met Magnum-PSI kunnen we hele sterke plasmabundels voor langere tijd op materialen laten vallen om zo te onderzoeken wat voor gevolgen dit heeft.’ Er gebeuren twee dingen wanneer plasma en wand met elkaar in contact komen: het plasma beïnvloedt de reactorwand, maar de reactorwand beïnvloedt ook het plasma. Met de diagnostieken op Magnum-PSI is FOM in staat om veranderingen aan materialen ten gevolge van interacties met plasma tot op tientallen micrometers diep in het materiaal nauwkeurig te meten, zonder dat hiervoor het vacuüm waarin het materiaal zich bevindt verbroken hoeft te worden. ‘Erg waardevol, want zodra je het vacuüm verbreekt, krijg je interactie met de lucht en dat maakt je metingen minder betrouwbaar.’

De samenwerking tussen Japan en Nederland geldt in eerste instantie voor vijf jaar en wordt vervolgens ieder jaar automatisch met een jaar verlengd, tenzij een van de partijen aangeeft dit niet meer te willen. Als het aan Donné ligt, zal dat laatste echter niet snel gebeuren; hij is erg te spreken over de nieuwe partner. ‘Het NIFS is een fantastisch team. De meeste Japanse onderzoeksgroepen op kernfusiegebied stappen meteen naar de industrie als ze hun ideeën willen ontwikkelen, maar het NIFS ontwikkelt alle kleinere apparaten zelf. Dat spreekt mij erg aan.’