Stichting FOM
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Melissa Breedijk
26 mei 2009, 2009/15
Nederlands systeem temt verstoringen in fusiereactor
Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in
Nieuwegein en de Technische Universiteit Eindhoven hebben een nieuw
systeem ontwikkeld dat de efficiëntie van toekomstige fusiereactoren
fors kan verbeteren. Het regelsysteem kan magnetische verstoringen in
de reactor met grote nauwkeurigheid opsporen én direct bestrijden. Een
prototype is getest op het Duitse experiment TEXTOR. Het systeem is
van groot belang voor het internationale fusie-experiment ITER, dat
momenteel in Zuid-Frankrijk gebouwd wordt.
Figuur 1. ECRH antenne TEXTOR
vergroten Figuur 1. ECRH antenne TEXTOR
Deze stuurbare koperen schijf werkt als een spiegel voor microgolven
in het Duitse fusie-experiment TEXTOR. De microgolven worden gebruikt
om in real-time verstoringen in het plasma te onderdrukken.
Figuur 2. Schema ECE-ECRH-systeem
vergroten Figuur 2. Schema ECE-ECRH-systeem
Schema van het regelsysteem zoals geïnstalleerd op het Duitse
fusie-experiment TEXTOR. De gele bundel geeft het meetsignaal van
enkele nanowatts aan, de rode bundel is de microgolfverhitting van 1
megawatt. Het 'Notch filter' houdt verstrooide microgolfstraling van
de verhitting tegen zodat die niet in de gevoelige radiometer terecht
komt. Doordat zowel meet- als stuursignaal (vrijwel) dezelfde
frequentie hebben en hetzelfde pad volgen is raak schieten verzekerd.
Om kernfusie, de energiebron van de zon, op aarde te temmen is het
noodzakelijk de brandstof bij een temperatuur van miljoenen graden in
een krachtig magneetveld op te sluiten. De hete brandstof probeert
echter op alle mogelijke manieren aan deze magnetische kooi te
ontsnappen. Zo kunnen er bijvoorbeeld magnetische eilanden ontstaan,
ronddraaiende structuren die het aangelegde magneetveld verstoren en
uiteindelijk tot veel energieverlies leiden.
Eilanden zijn te bestrijden door ze op precies de juiste plaats te
verhitten met krachtige microgolven, vergelijkbaar met het verhitten
van water in een magnetron. Het plasma zendt zelf ook een zwak
microgolfsignaal uit en door dat te detecteren kan de locatie van de
eilanden bepaald worden. Om beschadiging van de gevoelige detector te
voorkomen wordt deze meestal ver van de intense verhittingsbundel
geplaatst. Daardoor ontstaat er een flinke onzekerheid in de locatie
van het ronddraaiende eiland ter hoogte van de verhittingsbundel. Zo'n
systeem schiet dan ook zelden in één keer raak.
In het kader van het ITER-NL consortium (een samenwerking van FOM, TNO
en NRG) hebben de Nederlandse onderzoekers nu een systeem ontwikkeld
waarbij detectie en verhitting via dezelfde bundellijn verlopen. Geen
sinecure, want één miljoenste van een miljoenste van het vermogen in
de verhittingsbundel kan de detector al volledig verblinden. Daarom
ontwikkelden zij een filter dat zelfs de kleinste reflectie van de
verhittingsbundel tegenhoudt terwijl het meetsignaal wordt
doorgelaten. Door de gevoelige meting is de verhittingsbundel precies
op het te stabiliseren eiland te richten. Bart Hennen, promovendus aan
FOM-Instituut Rijnhuizen: "Stel je een dartbord voor, dat ter hoogte
van de maan allerlei kanten op beweegt. Wij kunnen met ons systeem
keer op keer bulls-eye gooien, tegen de verblindende zon in".
Het ontwerp is op het Duitse experiment TEXTOR met groot succes
getest. Ook tijdens het verhitten gaat de detectie door, zodat in
real-time het krimpen van de eilanden te zien is. Het systeem kan zo
volautomatisch eilanden ontdekken, onderdrukken en daarna verder
zoeken of er nieuwe eilanden ontstaan. Ook in het internationale
fusie-experiment ITER kunnen magnetische eilanden optreden en tot veel
energieverlies leiden. De onderzoekers denken dan ook dat hun systeem
een goede kans maakt op ITER geïnstalleerd te worden.
Extra informatie
Kernfusie
Het doel van fusieonderzoek is schone, veilige en vrijwel
onuitputtelijke energie winnen uit het samensmelten van lichte
atoomkernen, het proces dat de zon en andere sterren aandrijft. De
brandstof voor een fusiereactor zijn deuterium en tritium,
waterstofkernen met een of twee extra neutronen (isotopen). In een
fusiereactor worden die atoomkernen door hoge druk en temperatuur op
elkaar gedwongen. Daarbij komt energie vrij. De uitdaging is meer
energie uit de reactie te halen dan er nodig is om het plasma op te
warmen en via magneetvelden weg te houden van het metalen reactorvat.
Het ITER project
In het Zuid-Franse Cadarache bouwt de internationale fusiegemeenschap
de onderzoeksreactor ITER - Latijn voor 'de weg'. ITER heeft moet de
wetenschappelijke en technische haalbaarheid aantonen van kernfusie
als energiebron. Zij is ontworpen om 500 MW vermogen uit fusiereacties
op te wekken terwijl slechts 50 MW nodig is om de brandstof te
verhitten. ITER wordt gebouwd door een internationale
wetenschappelijke samenwerking van de Europese Unie, de VS, Japan, de
Russische Federatie, China, India en Zuid-Korea. Door de ongekend
brede samenwerking heeft het project een grote politieke uitstraling.
ITER is één van de meest complexe en innovatieve projecten van dit
moment, met een uitgesproken hightech karakter.
Nederlandse bijdrage: ITER-NL
Om een krachtige Nederlandse inbreng in het ITER project te
realiseren, is in 2007 het ITER-NL consortium opgericht. Het doel van
het ITER-NL consortium is om de Nederlandse industrie een goede entree
tot dit hightech project te geven en om Nederlandse onderzoekers
vooraan te laten staan bij de wetenschappelijke exploitatie van ITER
in de bedrijfsfase. Initiatiefnemers van ITER-NL zijn TNO, Stichting
FOM (Fundamenteel Onderzoek der Materie, in het bijzonder het
Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein) en de Nuclear
Research and consultancy Group (NRG, Petten). Het ITER-NL consortium
brengt de Nederlandse expertise bijeen die nodig is om systemen voor
ITER te bouwen.
Meer informatie: dr. Tony Donné, FOM-Instituut voor Plasmafysica
Rijnhuizen, tel. +31 (0)30 609 69 60.