[Dit is het tweede van enkele artikelen over kernfusie. Het eerste was hier.]

Het procedé om tot kernfusie te komen, is op zich niet ingewikkeld. Zie het plaatje hieronder. Een waterstofkern die bestaat uit een proton en een neutron (“deuterium”), wordt samengevoegd met een waterstofkern die bestaat uit een proton en twee neutronen (“tritium”). Het resultaat is een instabiele kern met twee protonen en drie neutronen. Deze valt die uiteen in een heliumatoom en een los neutron, dat weer kan worden gebruikt om deuterium en tritium te maken. Een mooie cyclus, die inmiddels in het laboratorium tot stand kan worden gebracht.

Het procedé zelf mag dan betrekkelijk simpel te beschrijven zijn en fleurige plaatjes opleveren, er zijn allerlei praktische problemen, die wetenschappers en ingenieurs een voor een oplossen, waarna ze weer stuiten op nieuwe problemen. Het artikel in Kijk dat ik eind jaren zeventig las, zei dat we nog zo’n dertig jaar van commerciële toepassing verwijderd waren, en sindsdien heb ik die voorspelling steeds herhaald zien worden. Toch zou het flauw zijn te zeggen dat we ook over dertig jaar nog dertig jaar verwijderd zijn van commerciële toepassing, want wetenschappers en ingenieurs komen wel degelijk verder.

Het eerste probleem is dat de druk die op de zon als vanzelf ontstaat, op aarde niet zo makkelijk valt op te bouwen. De oplossing is dat je de temperatuur verhoogt. En zo gebeurt het dan ook: in laboratoria worden temperaturen bereikt die tien keer hoger zijn dan op de zon. Er zijn verschillende verhittingsmethoden om deze temperaturen te bereiken. Zo kan men bundels van energetische deeltjes in de reactor te schieten en zijn er verschillende systemen om golven in het medium te koppelen. Eigenlijk een soort magnetron.

Bij zulke hoge temperaturen verandert het waterstofgas in een plasma, wat wil zeggen dat de elektronen niet meer rond de atoomkernen bewegen. De kernen kunnen zo heet gemaakt worden dat ze de afstotende elektrische kracht kunnen overwinnen. De eerste horde is genomen.

Probeer je zo’n heet plasma op te sluiten in een vat, dan zullen de atoomkernen tegen de zijwanden botsen en afkoelen. Dat leidt tot enorm energieverlies, zodat je nog niet veel verder bent. De oplossing voor dit probleem is dat je het plasma opvangt in een magneetveld, waarin de negatieve elektronen en de positieve kernen gaan bewegen langs de veldlijnen – tot ze aan het einde van het vat zijn gekomen en alsnog ergens tegenaan botsen.

Kortom, een nieuw probleem, maar in 1958 presenteerden geleerden uit de Sovjet-Unie (onder meer de later als dissident beroemd geworden Andrei Sakharov) een oplossing: sluit het plasma op in een magnetisch veld in de vorm van een torus, dus in een ring of een donut (zie plaatje). In deze ringvormige magneetvelden botsen de geladen deeltjes nooit tegen een wand. Je kunt met recht zeggen dat de Russen het wiel opnieuw hadden uitgevonden, maar ze noemden het een tokamak, een acroniem dat in het Russisch staat voor “torusvormige, door spoelen magnetisch gemaakte ruimte”.

[wordt vervolgd]