Blog
| Tokamak - vrijdag 23 oktober 2020 |
Tokamak
Hoe
kunnen we zonder fossiele brandstoffen het nijpende energietekort oplossen? Is
een wereld zonder broeikasgassen mogelijk? Kan kernenergie een hernieuwbare
energiebron worden? Hoe komen we van ons kernafval af? Wanneer vliegen wij naar
onze buurplaneten? Antwoorden op deze en andere vragen vinden we in nucleaire
technologieën.
Nucleaire
fysici houden zich bezig met dit soort vraagstukken. Dankzij hun uitvindingen
krijgen we ooit een kunstzon en een kernmotor voor ruimteschepen. Maar
voorlopig is er op Aarde nog genoeg te doen: prangende milieu- en energievraagstukken
zijn dichterbij dan het lijkt. De volgende generatie kan al met de gevolgen te
maken krijgen.
De
mensheid is al sinds medio vorige eeuw actief op zoek naar oplossingen voor
deze vraagstukken. Mensen als Igor Kurchatov en Andrey Sakharov zijn de
grondleggers van de nucleaire ontwikkelingen in de voormalige Sovjet-Unie.
Vandaag de dag zet een groot aantal mensen hun zaak voort en vormt het
Russische staatsconcern "Rosatom”. Dit jaar viert de Russische nucleaire
industrie haar 75e jubileum. In die tijd is naast defensieorders ook
hard gewerkt aan andere minder bekende projecten, zoals:
- Kernenergie als hernieuwbare energiebron (zie eerdere bijdrage over "perpetuum mobile")
- Atoomijsbrekers (voor het exploiteren van de Noordelijke Zeeroute)
- Kernmotoren (om in de ruimte een nieuw thuis te vinden)
- Tokamak
Ongeveer
70 jaar geleden ontstond in de voormalige Sovjet-Unie het idee gebruik te gaan
maken van een nieuwe en zeer vooruitstrevende energiebron, namelijk van ‘beheerste
thermonucleaire synthese’, een proces waarbij de kernen van lichte atomen
samensmelten, waardoor er een enorme hoeveelheid energie vrijkomt.
Door
het maken van een ‘thermonucleaire reactor’ zou de mensheid toegang krijgen tot
een onuitputtelijke energiebron; de brandstof voor een dergelijke installatie
zijn immers waterstofisotopen die praktisch onbeperkt aanwezig zijn op onze
planeet. Bovendien is deze energiebron milieuvriendelijk, aangezien een
thermonucleaire reactor geen broeikasgassen uitstoot en geen radioactief afval
produceert.
In
de natuur bestaat zo’n thermonucleaire reactor al, namelijk onze zon. De
waterstofkernen in deze ster smelten samen tot helium, waardoor er energie
vrijkomt. Om een kunstzon (tokamak) na te maken, moet deze reactie op Aarde
worden herhaald. Daarvoor moet gas (dat in plasma verandert) worden opgewarmd
tot 300 miljoen graden (20 keer hoger dan de temperatuur in de kern van de zon).
Door
dat idee werden de Sovjetfysici Andrey Sakharov en Igor Tamm geïnspireerd. In
1951 hebben zij de theoretische basis gelegd voor een thermonucleaire reactor
waar plasma de vorm zou hebben van een ‘torus’ en vastgehouden zou worden door
een magneetveld. Zij hebben eveneens de eerste modellen berekend van een
magnetische thermonucleaire reactor die vervolgens omgevormd werd tot een zogenaamde
‘tokamak’ (torusvormige kamer met magnetische spoelen).
Het
grote potentieel van een ‘tokamak’ werd niet alleen in de Sovjet-Unie ingezien,
maar over heel de wereld. Sinds de eerste ‘tokamak’ in de USSR (62 jaar geleden)
zijn er meer dan 300 thermonucleaire reactoren van dit type in de wereld
verschenen.
Uiteraard
gaan de ontwikkelingen op het gebied van ‘beheerste thermonucleaire synthese’
niet snel. Veel moet opnieuw worden uitgevonden. Om ervoor te zorgen dat de
mensheid in de toekomst zonder energietekort en zonder kernafval op Aarde kan
blijven leven, hebben specialisten decennia nodig om thermonucleaire reactoren
te ontwikkelen en te testen. Volgens de laatste voorspellingen zou
thermonucleaire energie tegen het eind van deze eeuw in ons dagelijks leven
kunnen zijn ingevoerd.