Fusiebrandstoffen

Fusiebrandstoffen zijn isotopen die in kernfusie worden gebruikt om atoomkernen samen te laten smelten en zo grote hoeveelheden energie vrij te maken. De meest bestudeerde combinatie is een mengsel van deuterium en tritium (D-T). Deuterium is in overvloed aanwezig in zeewater; tritium is radioactief en van nature nauwelijks aanwezig op aarde. In veel ontwerpen wordt tritium geproduceerd in de reactor zelf via neutronenactivatie van lithium in een bètapersoneen omhulsel (breeding), zodat een continue brandstofvoorziening mogelijk is.

In de D-T-fusie fuseren deuterium- en tritiumkernen tot helium-4 en een neutron, met een energie-uitstoot van ongeveer 17,6 MeV per reactie. Een significant deel van deze energie komt vrij in de neutronen, die het materiaal van de reactor opwarmt en radiologische effecten kunnen veroorzaken. Naast D-T worden ook D-D, D-He3 en proton-boron-11 (p-B11) onderzocht. Deze alternatieven kunnen minder neutronenproductie opleveren of aneutrone (alleen geladen deeltjes) energie leveren, maar vereisen hogere temperaturen en strengere confinements.

Uitdagingen blijven substantieel: het bereiken van het Lawson-criterium, langdurige stabiliteit van hoge-temperatuurplasma en de werking van materialen onder intense neutronenblootstelling. Huidige onderzoeksprogramma’s, zoals ITER, richten zich op het realiseren van breakeven en het verkennen van commerciële haalbaarheid, zonder dat grootschalige commerciële fusion nog is bereikt.

Fusiebrandstoffen leveren over het algemeen weinig langlevende radioactieve afval op in vergelijking met fissiebrandstoffen, maar tritium en neutronenactivatie van reactoronderdelen brengen radiologische veiligheidsuitdagingen met zich mee. De beschikbaarheid van benodigde brandstoffen hangt af van de winning uit water (voor deuterium) en de productie van tritium via breding met lithium.