ITER navigeert in rechte lijn naar opstart
SCK CEN kwalificeert materialen voor kernfusietestreactor
Binnenkort schudt kernfusie zijn imago als eeuwige belofte definitief van zich af. De kernfusietestreactor in het Franse Cadarache navigeert namelijk in één rechte lijn naar zijn doel. En dat is een opstart in 2026. Meer dan 4800 Europese wetenschappers, waaronder SCK CEN, zetten zich dagelijks in om dat doel te bereiken. Het onderzoekstempo verhoogt dankzij een onderzoeksbudget van 583 miljoen euro, dat de Europese Commissie in 2021 toekende.
‘De nieuwste kankertherapie is radioactief’, ‘België start onderzoek naar kleine kerncentrales’,… Wie de krant dezer dagen vastneemt, leest steeds vaker over de nucleaire sector. Kerntoepassingen bewijzen hun nut in een groeiend aantal domeinen. Om nucleaire innovatie te stimuleren, lanceert de Europese Commissie het financieringsprogramma ‘EURATOM Research and Training Programme’. Ze maakt voor een periode van vijf à zeven jaar 1,38 miljard euro vrij. 583 miljoen euro stroomt rechtstreeks naar onderzoek en ontwikkeling naar kernfusie. Die technologie zal naar verwachting het energielandschap hertekenen.
Bij kernfusie worden atomen niet gesplitst, maar net samengevoegd. Concreet versmelten twee zware waterstofatomen tot één heliumatoom. Daarbij komt een massa aan energie vrij, maar – anders dan zijn klassieke broertje – produceert het minder kernafval. Dat proces gebeurt onder hoge temperatuur, wat uitdagingen met zich meebrengt. De kernfusietestreactor ITER, in het Franse Cadarache, moet de technische en wetenschappelijke haalbaarheid ervan aantonen. Met het Europese onderzoeksbudget zullen wetenschappers de nog openstaande vraagtekens wegwerken. Hoe temmen we het plasma? Hoe verwijderen we de hitte en het as bij een fusiereactor om het plasma niet te vervuilen? Hoe kweken we tritium, de fusiebrandstof, op een duurzame manier?
EUROfusion, een pan-Europese samenwerkingsverband, leidt dat fusie-onderzoek. “In totaal zijn we met 4800 wetenschappers, die naar dat doel toewerken”, aldus Dmitry Terentyev, kernfusie-expert bij SCK CEN. Die wetenschappers komen uit Europa of geassocieerde landen als Oekraïne, het Verenigd Koninkrijk en Zwitserland. Het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN zet zijn wereldwijd unieke BR2-onderzoeksreactor in om structuurmaterialen voor kernfusiereactoren te kwalificeren. De materialen moeten immers de extreme omstandigheden in een kernfusiereactor kunnen weerstaan.
Materiaaltesten
In het verleden testte het onder meer materialen voor de ‘eerste wand’, die direct aan het plasma wordt blootgesteld. Nu zal SCK CEN zich focussen op de bekleding van de ‘tritium blanket modules’, de zogenaamde tritiumkweekdekens. Die componenten ‘kweken’ tritium om continu brandstof voor de fusiereactie te leveren.
De planning van de experimenten is reeds opgesteld. BR2 zal in de periode 2022 tot 2025 – en bij uitbreiding 2026 en 2027 – volcontinu experimenten bestralen. Elk experiment zal typisch één jaar in de reactorkern verblijven. Dmitry Terentyev verduidelijkt: “Met die bestralingscampagne bootsen we de werking van de onderdelen tot einde levensduur van de ITER-installatie na. Na bestraling brengen we de thermische, mechanische en micro-mechanische eigenschappen van de materialen in kaart om de materiaalveroudering te bestuderen.”
Voor deze opdracht investeerde SCK CEN in een reeks installaties: bestralingsinstallaties, een elektronenmicroscoop om materiaalverouderingsprocessen met hoge precisie in kaart te brengen, en een installatie om monsters van bestraalde experimenten te nemen.
Belgisch staal
De resultaten die uit die experimenten zullen vloeien, moeten leiden tot het perfecte staalrecept. “Welk type materiaal hebben we nodig? Hoe is dat materiaal samengesteld? Met welke ingrediënten? Welke verhoudingen zijn er nodig? Wij werken samen met OCAS nv om dat recept te vinden”, aldus Dmitry Terentyev. Het Belgische onderzoekscentrum OCAS nv is een joint venture tussen ArcelorMittal en het Vlaams Gewest. Het behoort tot de weinige, Europese aanbieders die onderzoekshoeveelheden staal kunnen leveren. “Wij bestralen dat staal in onze BR2-onderzoeksreactor, testen het en laten – indien nodig – de samenstelling van het materiaal aanpassen. Dat herhalen we, totdat we het recept gevonden hebben.”
“Het doel is om het basismateriaal te kwalificeren”, verklaart Dmitry Terentyev. Daarmee overwinnen de onderzoekers alvast een barrière. ITER zal uiteraard niet alleen uit basismaterialen bestaan. De basismaterialen worden aan elkaar gelast of in elkaar gemonteerd. “In een tweede fase, in de periode van 2024 tot 2027, zullen we analyseren hoe die verbindingen op de extreme fusie-omstandigheden reageren. Dan zijn we klaar om ITER in gebruik te nemen”, besluit de kernfusie-expert.
Dichter bij fusie-omstandigheden
Tegelijk bouwt het nucleaire onderzoekscentrum SCK CEN aan zijn innovatieve onderzoeksinfrastructuur MYRRHA. MYRRHA zal materialen testen voor splijtings- en zelfs fusiereactoren. Dankzij zijn snelle neutronen bereikt MYRRHA, in vergelijking met huidige onderzoeksreactoren, bestralingscondities die dichter bij die van een fusiereactor liggen. Het kernfusie-onderzoek zal echter al in 2027 van start gaan. “De bouw van MYRRHA verloopt in verschillende fasen. In fase 1 bouwen we MINERVA, de deeltjesversneller met een energie tot 100 megaelektronvolt (MeV). Daaraan gekoppeld is de constructie van de ‘Full Power Facility’-installatie. Die installatie gebruikt de protonenbundel van 100 MeV en 4 milliampère om fusiematerialen te bestralen en te bestuderen”, licht Dmitry Terentyev toe.
 |
Walhalla voor wetenschappers MYRRHA is de eerstvolgende, grote onderzoeksreactor van ons centrum. Ze kaapt nu voornamelijk internationale aandacht omwille van haar bijdrage in het onderzoek naar scheiding en transmutatie, maar ze zal in diverse domeinen het walhalla van de wetenschap worden. De onderzoeksinfrastructuur dekt immers een brede waaier aan toepassingen: gaande van versnellertechnologie tot fundamenteel onderzoek voor (medische) radio-isotopen en kernfusie. De internationale gemeenschap draagt, via een toenemend aantal samenwerkingen en workshops, bij tot de ontwerp- en hardwarekeuzes. Die keuzes zijn belangrijk om aan de uitgesproken, wetenschappelijke behoeften van MYRRHA fase 1 te voldoen.. Adrian Fabich |
