Kernfusie

Kernfusie is het proces waarbij twee lichte atoomkernen samensmelten tot een zwaardere kern, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid energie vrijkomt door massadefect. In de natuur vindt fusie dagelijks plaats in sterren en in de zon; op aarde wordt onderzoek gedaan naar een beheersbare, koolstofarme energiebron die een overvloed aan brandstof oplevert.

Op aarde verlopen fusie-experimenten in twee hoofdbenaderingen. Bij magnetische confinering wordt een extreem heet plasma vastgehouden met sterke magnetische velden, meestal in een tokamak of stellarator. Het doel is een langdurige, stabiele toestand waarin de kernen kunnen fuseren en meer energie opleveren dan nodig is om het plasma te onderhouden. Bij inertiële confinering worden brandstofkristallen of kleine druppels lasers of röntgenstraling zo samengebundeld dat ze in een extreem korte tijd samenklappen, waarna de fusie-ontbranding plaatsvindt.

Brandstof voor menselijke toepassingen is vaak deuterium-tritium (D-T). Deuterium is overvloedig beschikbaar uit water, terwijl tritium radioactief is en doorgaans in een kernfabriek wordt geproduceerd via lithium. Andere brandstofcycli bestaan ook, zoals deuterium-deuterium of deuterium-helium-3, maar vereisen hogere temperaturen en hebben minder gunstige commerciële perspectieven.

Voordelen van fusie zijn onder meer een grote brandstofvoorraad, weinig CO2-uitstoot bij elektriciteitsproductie en beperkt langlevend radioactief afval. Nadelen en uitdagingen zijn onder meer het bereiken en behouden van extreem hoge temperaturen en drukken, het realiseren van netto-energiegain en het bouwen van materialen die lange perioden van neutronenblootstelling kunnen weerstaan.

Internationale projecten zoals ITER proberen een grootschalige demonstratie van fusie te realiseren met het doel langdurige, krachtige fusiereacties en het overwinnen van de belangrijkste technologische barrières. Tot nu toe is er geen commerciële kernfusiecentrale en blijft kernfusie een onderzoeksgebied met aanzienlijke wetenschappelijke en engineering-uitdagingen.