Sciencepalooza

Kernfusie met lasers

In de recente film Wall Street 2 zien we een jonge, ambitieuze beurshandelaar vol passie investeren in laserfusie: groene energie op basis van water! Hij is ervan overtuigd dat dit de toekomst is voor groene energie en dus dé manier om rijk te worden. Een creatief idee, en afgelopen najaar is er aanzienlijke vooruitgang geboekt met de realisatie van laserfusie. De hoofdrolspeler hierin is het National Ignition Facility (NIF) experiment in het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië. Het experiment omvat een paar voetbalvelden aan lasers om kernfusie te laten optreden in een volume van maar een paar kubieke millimeter.
Kernreacties zijn al sinds de ontdekking aan het begin van de twintigste eeuw een veelbelovende energiebron. Er zijn twee soorten kernreacties: kernsplitsing en kernfusie, waarvan kernsplitsing het meest bekend is. Alle kerncentrales zijn op dit soort reacties gebaseerd en ook de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki werkten op kernsplitsing. Dit proces beheersen we erg goed, maar levert zeer schadelijk radioactief afval op. Kernfusie daarentegen gebruikt water als brandstof en levert onschuldig heliumgas als afval. Daarnaast is kernfusie ook nog eens heel efficiënt; zo zal kernfusie met één liter water evenveel energie opleveren als het verbranden van driehonderd liter benzine. Helaas hebben we kernfusie niet goed onder controle. Ondanks het feit dat dit proces de zon doet schijnen en daarmee verantwoordelijk is voor al het leven kunnen we het op aarde alleen realiseren met methoden waarbij het meer energie kost dan oplevert, of in iets verwoestends als een kernfusiebom.
Gecontroleerd kernfusie uitvoeren is bijzonder moeilijk omdat de temperaturen en dichtheden waarbij de reactie optreedt heel erg hoog zijn; de dichtheid van het waterstof moet honderd keer groter dan die van lood zijn en tegelijk tien keer de temperatuur van de zon. Op het NIF wordt dit gerealiseerd door 192 laserbundels, elk met een vermogen van een biljard laserpointers, te focussen op een waterstofcapsule ter grootte van een paar millimeter. Deze immens hoge concentratie van energie laat het waterstof imploderen zodat er kernfusie optreedt en er een kettingreactie kan optreden. In dit proces komt er meer energie vrij dan er is ingestopt en het is dus een (schone) energiebron.
Maar zo ver is de techniek helaas nog niet gevorderd. In september zijn alle 192 bundels gelijktijdig afgevuurd. Een paar weken daarna is het gelukt om kernfusie te laten optreden, maar nog zonder de kettingreactie te veroorzaken. Als deze twee experimenten tegelijkertijd gedaan kunnen worden zal er voor het eerst meer energie uitkomen dan erin gestopt is. Er is dan voor het eerst gecontroleerd energie opgewekt door middel van kernfusie.
Erg rendabel is het dan nog niet: om te concurreren met een grote kolencentrale moet dit proces tien keer per seconde gerealiseerd worden en het huidige vier miljard dollar kostende NIF kan dit uiteindelijk slechts om de paar uur. Daarnaast ondervindt het project ook aardig wat kritiek, want deze experimenten zijn erg vergelijkbaar met kleine kern(bom)proeven. Het project wordt door sommigen als een manier gezien om gecontroleerd kernproeven te kunnen blijven doen.
Afgezien van deze kanttekeningen zal het in de komende jaren duidelijk worden of laserfusie als energiebron haalbaar is, maar tenzij je twintig jaar oud bent en hoopt op een aanvulling van je pensioen, zou ik er voorlopig nog niet in investeren.