Stichting FOM
12 oktober 2011, 2011/45
Nieuw plasma-experiment onderzoekt wandmateriaal voor ITER
Het nieuwe experiment Magnum-PSI van het FOM-Instituut voor
Plasmafysica Rijnhuizen produceerde vier oktober zijn eerste
gemagnetiseerde plasmabundel. Magnum-PSI is de eerste faciliteit die
materialen bloot kan stellen aan plasma (heet, geïoniseerd gas) onder
dezelfde omstandigheden als in de toekomstige fusiereactor ITER. Het
experiment haalt nu al vermogens van acht megawatt per vierkante meter,
vergelijkbaar met de wandbelasting in ITER. Het onderzoek in Magnum-PSI
helpt wandmaterialen te ontwerpen die beter bestand zijn voor het hete,
intense plasma in de fusiereactor.
Overzicht Magnum-PSI
vergroten Figuur 1. Overzicht Magnum-PSI
Zij-aanzicht van de 15 meter lange opstelling Magnum-PSI. Uiterst links
produceert de cascadeboog-plasmabron geïoniseerd gas van waterstof,
deuterium of argon. De verticale buizen geleiden lasers die via
Thomsonverstrooiing de dichtheid en temperatuur van het plasma meten.
In het midden van de foto wordt de trefplaat blootgesteld aan het
plasma. Uiterst rechts de witte target exchange and analysis chamber,
een vacuümkamer voor materiaalonderzoek zonder verontreiniging door de
lucht. De magneten die het plasma uit de bron bundelen zijn hier nog
niet aangebracht.
Wetenschappers willen kernfusie, de energiebron van de zon, op aarde
inzetten als schone, duurzame energiebron. Tijdens kernfusie versmelten
lichte atoomkernen tot zwaardere en komen grote hoeveelheden energie
vrij. De wereldwijde samenwerking aan fusie-energie richt zich nu op de
bouw van de geavanceerde reactor ITER in Zuid-Frankrijk. Die moet vanaf
2019 de technische haalbaarheid aantonen van fusie als energiebron.
ITER produceert een vermogen van 500 megawatt, tien keer méér dan de
machine zelf nodig heeft en evenveel als een kleine energiecentrale.
Wisselwerking tussen heet plasma en reactorwand
Magnum-PSI is speciaal ontworpen om de wisselwerking tussen het plasma
en reactorwand in ITER in detail te onderzoeken. In een fusiereactor
wordt het reactieproduct helium afgevoerd via een speciaal
wandonderdeel, de divertor. Het plasma heeft daar een temperatuur van
tienduizenden graden en de aanstormende geladen deeltjes kunnen de
reactorwand beschadigen. De mate waarin hangt sterk af van de precieze
omstandigheden zoals de temperatuur, deeltjesenergie, plasmadichtheid
en het aanwezige magneetveld.
ITER-relevant
Dr. Pedro Zeijlmans van Emmichoven geeft leiding aan het
operations-team dat Magnum-PSI heeft ontworpen en gebouwd en nu
bedrijfsklaar maakt. "De dichtheid, intensiteit, temperatuur,
magneetveld - alles zit in het ITER-relevante regime. We breken hier
records! De condities die we hier halen zijn meer dan tien keer zo
intens als in andere laboratoria."
Onderzoeksvragen
Met Magnum-PSI wil Rijnhuizen strategieën ontwikkelen om de levensduur
van de ITER-wand te vergroten. Zo analyseert het instituut
beschadigingen van wandmateriaal en vervuiling in het plasma als gevolg
daarvan. In een ander project onderzoekt Rijnhuizen manieren om
ongewenste ophoping van de fusiebrandstof tritium in de wand tegen te
gaan. Rijnhuizen-directeur prof.dr.ir. Richard van de Sanden is trots
op de nieuwe opstelling: "Niemand heeft ooit gezien wat er bij zulke
intense omstandigheden met een reactorwand gebeurt. Met Magnum kunnen
we dat voor het eerst in een laboratorium onderzoeken."
Na de productie van de eerste plasmabundels wordt Magnum-PSI nu verder
bedrijfsklaar gemaakt. Wetenschappelijke plasma-wand-experimenten
starten begin 2012. In de toekomst wordt de faciliteit uitgebreid met
een supergeleidende magneet. Die zal het plasma uren in stand houden,
voor onderzoek naar langdurige blootstelling van wandmateriaal aan het
plasma.
Zie bijlage of http://www.youtube.com/watch?v=ZbbjdEOVb2M