Exclusief: Achter de schermen van het grootste kernfusieapparaat ter wereld

In het hart van de Provence bereiden enkele van de slimste wetenschappelijke geesten ter wereld de weg voor wat wordt beschouwd als… Het grootste en meest ambitieuze wetenschappelijke experiment ter wereld.

“We bouwen de meest complexe machine ooit ontworpen“, vertrouwt Laban Coblentz toe.

dat het Bewijzen van de haalbaarheid van de exploitatie van kernfusie – Dezelfde reactie die onze zon en sterren aandrijft – op industriële schaal.

Om dit te doen wordt in Zuid-Frankrijk ’s werelds grootste magnetische insluitingskamer, of tokamak, gebouwd om netto energie te produceren.

De projectovereenkomst voor de Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) werd in 2006 formeel ondertekend door de Verenigde Staten, de Europese Unie, Rusland, China, India en Zuid-Korea in het Elysée-paleis in Parijs.

Meer dan dertig landen werken momenteel samen aan de bouw van het experimentele apparaat. vanEr wordt verwacht dat het 23.000 ton weegt en bestand is tegen temperaturen tot 150 miljoen graden Celsius Wanneer het klaar is.

“In zekere zin is het een nationaal laboratorium, een groot onderzoeksinstituut. Maar het bracht nationale laboratoria uit 35 landen samen“, vertelt Laban Koblentz, communicatiedirecteur bij ITER, aan Euronews Next.

Hoe werkt kernfusie?

Kernfusie wel Het proces waarbij twee lichte atoomkernen samensmelten tot één zwaardere kernwaardoor een enorme hoeveelheid energie vrijkomt.

In het geval van de zon smelten de waterstofatomen in de kern samen onder zwaartekrachtdruk.

Ondertussen worden op aarde twee belangrijke methoden voor het genereren van fusie onderzocht.

“De eerste, waarover je misschien wel eens gehoord hebt bij de National Ignition Facility in de Verenigde Staten“, legt Laban Koblentz uit.

“Er is een heel klein monster nodig – ongeveer zo groot als een peperkorrel – van twee vormen van waterstof: deuterium en tritium. En je bombardeert hem met lasers. Dus jij doet hetzelfde [que le soleil]. Je verplettert de druk terwijl je warmte toevoegt en je krijgt een boost aan energie E = mc². Een kleine hoeveelheid materie wordt omgezet in energie“.

Het ITER-project richt zich op een tweede mogelijke route: Fusie door magnetische opsluiting.

“In dit geval hebben we een hele grote ruimte, met een capaciteit van 800 kubieke meter, waarin we een heel kleine hoeveelheid brandstof stoppen – 2 tot 3 gram brandstof, deuterium en tritium – die we dankzij verschillende verwarmingssystemen.“Laban Laban legt het uit.

“Dit is de temperatuur waarbij de snelheid van deze deeltjes zo hoog is dat ze, in plaats van elkaar af te stoten met hun positieve ladingen, combineren en samensmelten. En Wanneer ze samensmelten, zenden ze een alfadeeltje en een neutron uit“.

In een tokamak worden de geladen deeltjes opgesloten door een magnetisch veld, met uitzondering van de zeer energetische neutronen die ontsnappen en tegen de kamerwand botsen, waardoor ze hun warmte overdragen en zo het water dat achter de wand stroomt verwarmen.

theoretisch, Er zal stroom worden geproduceerd uit de resulterende stoom die de turbine zal aandrijven.

“Het is in zekere zin de opvolger van een lange reeks onderzoeksapparaten“, legt Richard Bates, hoofd van de wetenschappelijke afdeling van ITER, uit.

advertentie

“De Tokamak-fysica wordt al zo’n zeventig jaar bestudeerd, sinds de eerste experimenten in de jaren veertig en vijftig in Rusland werden ontworpen en gebouwd.“, hij voegt toe.

Volgens Richard Bates waren de eerste tokamaks kleine apparaatjes die op een tafel stonden.

“Vervolgens werd het beetje bij beetje groter en groter, omdat we weten – dankzij ons werk aan deze kleine apparaten en onze studies om geleidelijk uit te breiden naar grotere modellen – dat om de kracht van schone fusie uit deze apparaten te halen, een tokamak hiervan nodig is. maat is noodzakelijk.“, Kondig aan.

Voordelen van fusies

Kerncentrales bestaan ​​al sinds de jaren vijftig en maken gebruik van de splijtingsreactie, waarbij een atoom in een reactor wordt gesplitst, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt.

Fission heeft het duidelijke voordeel dat het een reeds beproefde methode is Er zijn momenteel wereldwijd ruim 400 kernsplijtingsreactoren in bedrijf.

advertentie

Maar hoewel kernrampen zeldzaam zijn in de geschiedenis, herinnert de catastrofale kernsmelting van Reactor 4 in Tsjernobyl in april 1986 ons eraan dat dergelijke rampen nooit geheel zonder risico zijn.

In aanvulling, Splijtingsreactoren produceren grote hoeveelheden radioactief afvalDie meestal begraven liggen in diepe geologische afzettingen.

ITER wijst er daarentegen op dat een fusiecentrale van dezelfde omvang energie zou produceren uit een veel kleinere hoeveelheid chemische input, namelijk een paar gram waterstof.

“De veiligheidseffecten zijn niet eens vergelijkbaar“, merkt Laban Koblentz op.

“Je hebt slechts 2 tot 3 gram van de stof. Daarnaast worden de materialen die in de fusie-installatie aanwezig zijn, namelijk deuterium en tritium, en de materialen die daaruit vrijkomen, niet-radioactief helium en neutronen, geëxploiteerd. Er zijn dus geen restenDe voorraad radioactieve stoffen is als het ware zeer klein“, hij voegt toe.

advertentie

Tegenslagen bij ITER-projecten

Laban Coblentz benadrukt dat de uitdaging van integratie precies dat is Het bouwen van deze kernreactoren is nog steeds erg moeilijk.

“Je probeert het materiaal naar 150 miljoen graden te brengen. Probeer het met de gewenste maat enz. Het is moeilijk te bereiken“, Kondig aan.

ITER had zeker te maken met de complexiteit van dit gigantische project.

De initiële tijdlijn voor het ITER-project voorziet in het verkrijgen van het eerste plasma in 2025 en de volledige werking van het systeem in 2035..

Tegenslagen en vertragingen in verband met de COVID-19-uitbraak veroorzaakten echter een verschuiving in de tijdlijn voor de inbedrijfstelling van het systeem en een daaruit voortvloeiende begrotingsexplosie.

advertentie

De initiële schattingen van de kosten van het project bedroegen echter 5 miljard euro Het liep op tot ruim 20 miljard euro.

“We werden uitgedaagd door de complexiteit en verscheidenheid aan nieuwe materialen en componenten die nodig waren om een ​​unieke machine te creëren“, legt Laban Koblentz uit.

Een van de grootste tegenslagen was de verkeerde uitlijning van de lasoppervlakken van de in Zuid-Korea vervaardigde onderdelen van de vacuümkamer.

“De exemplaren die arriveerden hadden voldoende afwijkingen op de laspunten, zodat we ze opnieuw moesten uitvoeren.‘ zegt Laban Koblentz.

“In dit specifieke geval is het geen rocket science. Het is niet eens kernfysica. Maar het was nog steeds een kwestie van machinaal bewerken en een verbazingwekkende mate van precisie bereiken, wat moeilijk was“, hij voegt toe.

advertentie

Laban Coblentz legt het uit Het project is momenteel bezig met het re-sequencing-procesIn de hoop zo dicht mogelijk bij de doelstelling van 2035 te komen om fusies te starten.

“In plaats van ons te concentreren op de verwachte data voor het eerste plasma, de eerste test van de machine in 2025, en vervolgens een reeks van vier stappen om in 2035 tot fusie-energie te komen, slaan we het eerste plasma gewoon over. Wij zullen ervoor zorgen dat er op andere wijze wordt getest om deze datum zo goed mogelijk te halen“, Kondig aan.

Internationale samenwerking

Wat de internationale samenwerking betreft, ITER is een soort eenhoorn die de geopolitieke spanningen tussen verschillende bij het project betrokken landen heeft kunnen weerstaan.

“Het is duidelijk dat deze landen ideologisch niet altijd op één lijn liggen. Als je in alfabetische volgorde naar de vlaggen op de bouwplaats kijkt, zie je dat China naast Europa vliegt, en Rusland naast de Verenigde Staten.“, merkt Laban Koblentz op.

“Er bestond geen zekerheid over de toezegging van deze landen om veertig jaar lang samen te werken. Er zal nooit zekerheid zijn dat er geen conflicten zullen zijn“.

advertentie

Volgens Alban Coblentz kan de relatieve gezondheid van het project hierdoor worden verklaard Het implementeren van kernfusie is een droom die door generaties wordt gedeeld.

“Dit is wat de huidige krachten samenbrengt. Daarom heeft het land de huidige sancties kunnen overleven die Europa en anderen in de huidige situatie met Oekraïne aan Rusland hebben opgelegd“, hij voegt toe.

Klimaatverandering en schone energie

Gezien de omvang van de uitdaging die de klimaatverandering met zich meebrengt, is het geen wonder dat wetenschappers werken aan het vinden van een koolstofvrije energiebron om onze wereld van energie te voorzien.

Maar de voorziening van fusie-energie op industriële schaal is nog ver weg, en zelfs ITER erkent dit Zijn project vertegenwoordigt een langetermijnantwoord op energieproblemen.

In reactie op het idee dat kernfusie te laat zal komen om een ​​significante bijdrage te leveren aan de aanpak van de klimaatcrisis, stelt Laban Koblentz dat fusie-energie in de verre toekomst een rol kan spelen.

advertentie

“Wat als de zeespiegel zo stijgt dat we enorme hoeveelheden energie moeten verbruiken om steden in beweging te brengen? Als we de energie-uitdagingen op deze schaal gaan aanpakken, wordt het antwoord op uw vraag heel duidelijk.“, Kondig aan.

“Hoe langer we wachten tot er een fusie plaatsvindt, hoe meer we die nodig hebben. Daarom is de slimste oplossing om het zo snel mogelijk te plaatsen.“.

Bekijk de video in de mediaspeler hierboven voor meer informatie over dit verhaal.