Klaroengeschal aan het kernfusiefront. Amerikaanse wetenschappers melden in Science dat ze met een batterij van 192 lasers een mijlpaal hebben bereikt. Over een jaar verwachten ze dat hun machine de eerste fusiereacties genereert. Europese collega’s reageren enthousiast. “Je kunt het belang van dit resultaat nauwelijks overschatten”, vertelde één van hen aan de BBC. 

Wacht even, waar hebben we dit meer gehoord? Juist, kernfusie is al meer dan een halve eeuw de belofte voor de toekomst. Een onuitputtelijke energiebron waar de wereld over enkele decennia van zou moeten profiteren. De realiteit is echter dat dit droombeeld aan de horizon blijft staan en maar niet dichter bij komt.

Magneetveld
Grootste obstakel is de temperatuur die nodig voor een fusie van twee waterstofkernen: minstens 15 miljoen graden Celsius. Daar is geen enkel materiaal tegen bestand en het fusieonderzoek richt zich dan ook vooral op de vraag hoe waterstof kan worden verhit zonder dat alles eromheen wegsmelt. 

De bekendste optie is de magnetische opsluiting: het brandstofmengsel wordt in een krachtig magneetveld gevangen zodat contact met omhullende materialen wordt vermeden. Dit idee is al zo oud als het fusieonderzoek zelf en zal worden getest in ITER, de experimentele reactor die nu in Zuid-Frankrijk wordt gebouwd en die is ontworpen om 10 minuten lang 500 megawatt op te wekken. Als dat lukt, kan de bouw van een commerciële reactor beginnen. Maar dan zijn we enkele decennia verder. 

Waterstofbommen
Een minder bekende optie is de laserfusie. Niet zo oud als de magnetische opsluiting, maar met toch ook al een geschiedenis van ruim veertig jaar onderzoek. Hierbij wordt de hoge temperatuur verkregen door het brandstofmengsel met een aantal lasers samen te persen. 

De thuisbasis van dit onderzoek is de National Ignition Facility van het Lawrence Livermore laboratorium in Californië. De NIF is eigenlijk bedoeld om nucleaire explosies te simuleren en zo de kwaliteit van de Amerikaanse waterstofbommen te testen. Maar als nevenactiviteit onderzoekt de NIF laserfusie als mogelijke energiebron , en daarin kon dus deze week een succesje worden gemeld. 

Hohlraum
De NIF beschikt over 192 lasers die ultraviolet licht uitzenden, maar voor een mooie implosie van het brandstofmengsel zijn röntgenstralen beter geschikt. Daarom wordt de capsule met brandstof in een zogeheten hohlraum geplaatst, een kleine cilinder van goud. Als de buitenkant daarvan met ultraviolet licht wordt beschenen, geeft de hohlraum aan de binnenkant de gewenste röntgenstralen. 

So far, so good. De vrees was echter dat in de hohlraum een plasma zou ontstaan dat de aanvoer van laserenergie zou belemmeren. Maar om een lang verhaal kort te maken: uit het onderzoek van de NIF dat nu in Science is gepubliceerd, blijkt die vrees ongegrond. De hohlraum absorbeerde 95 procent van de energie. 

Vertrouwen
De volgende ‘mijlpaal’ staat bij het bewijs dat het ook bij meer energie goed gaat. De 192 lasers vuurden nu 669 kiloJoule op de hohlraum af (waar overigens nog geen fusiebrandstof in zat). In de tussentijd hebben de onderzoekers al het dubbele bereikt, maar het echte doel ligt bij 1800 kiloJoule. Dat is de energie nodig om de fusie op gang te brengen. 

De experimenten bij de NIF liggen op dit moment stil en zullen niet eerder dan in mei worden opgestart. De onderzoekers hebben er het volste vertrouwen in dat ze die nieuwe mijlpaal nog in 2010 zullen bereiken.

Joep Engels

S. H. Glenzer, "Symmetric Inertial Confinement Fusion Implosions at Ultra-High Laser Energies", in Scienceexpress, 28 januari 2010