DIFFER probeert vlam te temmen

Taming the Flame is de tot de verbeelding sprekende naam van het onderzoeksprogramma dat onlangs €2,3 miljoen subsidie kreeg van Stichting FOM. Dat betekent dat Marco de Baar en zijn team nieuwe onderzoeksposities kunnen gaan invullen. “We kunnen nu PhD-projecten en postdocs gaan starten, de faciliteiten hebben we al staan.”

Schade voorkomen aan apparatuur

Eerder al ontdekten onderzoekers van DIFFER een speciale deklaag die er voor moet zorgen dat de –plasma die afkomt van de kunstmatige zon in een fusiereactor zo min mogelijk schade aanricht aan de apparatuur. “Dat is inderdaad één van de zaken die we onderzoeken, maar daarmee ben je er nog niet,” legt De Baar uit.

Er is één plek waar het fusieplasma – heet, geladen gas – in aanraking komt met de reactor en dat is bij de uitlaat. In de huidige ITER-reactor in het zuiden van Frankrijk waar DIFFER mee werkt, krijgt de uitlaat te maken met intense hoeveelheid warme en energie, te vergelijken met een opstijgende raket. De Baar erkent dat in experimentele fase de  wand van de fusiecentrale de energie wel aankan, maar dat de reactor die in de toekomst gebouwd gaat worden nog meer energie en warmte te verduren moet gaan krijgen.

Dat betekent dat De Baar en zijn team aan de slag moeten met het onder controle brengen van de hitte van het plasma. “We moeten proberen de energie die uit het plasma komt op één of andere manier weg te stralen. Als je plasma met 10 Megawatt per vierkante meter inslaat is materiaaltolerantie heel bepalend voor het vermogen.”

Turbulentie van deeltjes

Er is echter een manier om die energie te kanaliseren. De Baar gebruikt ter illustratie een dam. “Die is altijd zo gemaakt als een soort skischans. Als je die recht maakt en het water recht naar beneden valt is er heel erg veel turbulentie. Dat erodeert de grond onder de dam. Met plasma is het eigenlijk net zo. Met zo’n skischans zorg je dat het aanstormende water eerst haar impuls afgeeft aan de lucht, en dan pas inslaat. Een dergelijk proces kunnen we in een reactor gebruiken, dat noemen we detachment.”

“We willen in het onderzoek gaan kijken onder welke condities dat detachment ontstaat en hoe je dat kunt controleren,” vertelt De Baar. “Daarvoor zijn hele geavanceerde regelaars nodig, die je continu moet optimaliseren. Dat vraagt veel plasmakennis, modelontwikkeling, en de ontwikkeling van nieuwe sensoren, allemaal werk voor promovendi of een postdocs.”

Het is slechts één van de zaken die Marco de Baar onderzocht wil hebben in het fusieonderzoek bij ITER. Zo wil zijn team ook nog gaan kijken wat de mogelijkheden zijn voor een zichzelf reparerende wand voor de uitlaat, op basis van een vloeibare metalen laag die de reactorwand beschermd. “Het gaat er uiteindelijk om dat we voorkomen dat de uitlaatvlam de materialen in de diverter van de reactor vernietigd. We moeten de vlam in bedwang houden.”

Het temmen van de fusie-uitstoot ziet De Baar als een zeer interessant project, niet alleen bij de ITER-installatie in Zuid-Frankrijk. “De uitdaging om de wanden te beschermen tegen het plasma zijn ook in andere fusieprojecten in Duitsland en de Verenigde Staten aanwezig. Het gaat om een heel fundamentele kwestie waar we hier mee te maken hebben.”