De supergeleidende kabels die zijn ontworpen voor de 16 miljard euro kostende kernfusiereactor ITER zijn niet in staat om de geplande veertig- tot zestigduizend verbrandingscycli te doorstaan. Zonder oplossing krijgt het toch al geplaagde megaexperiment te maken met nog meer vertragingen en kostenoverschrijdingen. Het supergeleidende magneetsysteem is namelijk verantwoordelijk voor ongeveer een derde van de totale kosten van de reactor. UT-onderzoeker Arend Nijhuis denkt de oplossing te hebben. Hij berekende dat een andere configuratie van de kabels ze robuuster maakt. In de eerste week van maart test ITER, met een experiment dat een half miljoen euro kost, of deze-theoretische oplossing in de praktijk ook de juiste is.
Het succes van de kernfusiereactor ITER staat of valt met de kwaliteit van de supergeleidende kabels waaruit de supergeleidende magneten bestaan die het plasma in de reactor in bedwang moeten houden. Het probleem met de kabels is dat ze veel te snel degraderen. Tests waarbij de kabels werden blootgesteld aan grote elektromagnetische krachten bij extreem lage temperaturen, hebben aangetoond dat de huidige kabels niet in staat zijn om de geplande 40.000 tot 60.000 belastingcycli vol te maken. Dit kwam onder meer naar voren in een recente publicatie in Nature. (De organisatie achter ITER zelf is zeer terughoudend als het gaat om het naar buiten brengen van problemen rondom de reactor).
UT-onderzoeker Arend Nijhuis van de vakgroep Energy, Materials & Systems van hoogleraar Marcel ter Brake heeft met behulp van een in zijn projectgroep ontwikkeld computermodel een nieuwe configuratie van de kabels ontworpen. Aan de oplossing is drie jaar gerekend. Bij de nieuwe configuratie worden de 864 losse draadjes van 0,8 millimeter dik, waaruit de dikke supergeleidende kabels bestaan, op een compleet andere manier vervlochten. Hierbij lopen de kleine brosse draadjes veel meer parallel en worden ze beter ondersteund. Het grootste probleem was om een kabelconfiguratie te vinden waarbij naast een goede ondersteuning van de draadjes, ook nog eens minder opwarming van de supergeleiders plaats zou vinden door kringstroompjes die wisselstroomverlies veroorzaken. Met de gevonden oplossing kunnen de kabels veel langer mechanisch belast worden en warmen ze veel minder op dan de kabels die nu in de reactor zijn gepland.
Ultieme test
In de eerste week van maart wordt in Zwitserland getest of de oplossing van Nijhuis inderdaad de juiste is. Dit gebeurt met een test die ongeveer een half miljoen euro kost. Hierbij wordt een 3,5 meter lange kabel bij extreem lage temperaturen vele duizenden malen zwaar elektromagnetisch belast. Als de prestaties van de kabels na afloop van de tests niet afnemen, zijn de kabels geschikt voor de ITER reactor. Naast het ontwerp van Nijhuis worden er nog drie andere kabelontwerpen getest. Nijhuis is er volledig van overtuigd dat zijn ontwerp de test met vlag en wimpel zal doorstaan. "Uit mijn model komt naar voren dat deze kabels zelfs helemaal niet zullen verslechteren." In april worden de testverhalen verwacht.
ITER (achtergrond)
Binnen het internationaal samenwerkingsproject ITER wordt de wetenschappelijke en technische haalbaarheid van kernfusie als energiebron onderzocht. De ITER reactor, die in het Franse Cardache, wordt gebouwd, moet een vermogen van 500 MegaWatt leveren.
Bij kernfusie zijn zeer hoge temperaturen, van wel 150 miljoen graden, nodig om zo een plasma te vormen (geïoniseerd gas). Omdat geen materiaal bestand is tegen deze temperaturen wordt de brandstof (een mengsel van twee isotopen van waterstof: deuterium en tritium) opgesloten in extreem hoge magneetvelden. De magneten die deze hoge velden vormen bestaan uit reusachtige spoelen van supergeleidende kabels.
Afbeelding: ITER Organization 2011
Kernfusie (achtergrond)
Kernfusie is een mogelijke oplossing voor de toekomstige energievoorziening. Bij kernfusie - een proces dat ook in sterren plaatsvindt - smelten de kernen van verschillende atomen samen, waardoor er een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Hierbij komt veel energie vrij. Voordelen van kernfusie zijn dat de energievoorziening in principe eindeloos is en er nauwelijks radioactief afval vrijkomt, zoals bij kernsplijting wel het geval is. Eerder is al wel aangetoond dat het mogelijk is om op aarde kernfusie gecontroleerd te laten plaatsvinden, maar hierbij kostte stroomopwekking met kernfusie nog meer energie dan het opleverde.
Studium Generale organiseert momenteel aan de Universiteit Twente een lezingencyclus over plasma’s. Prof. Tony Donné zal in zijn lezing ook uitgebreid ingaan op de ITER-reactor. Meer informatie over deze lezing vind je hier.
Noot voor de pers
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met wetenschapsvoorlichter Joost Bruysters (053 489 2773 / 06 1048 8228).
