Voor commerciële kernfusie is tritium nodig, maar deze stof is enorm zeldzaam. Een Brits bedrijf denkt in zijn conceptuele fusiereactor meer dan genoeg van deze brandstof te kunnen produceren.

Kernfusie heeft de belofte om op een schone en veilige manier heel veel stroom te produceren. Dit is iets voor de verre toekomst, maar de eerste commerciële kernfusiereactor lijkt wel steeds dichterbij te komen. Toch zijn er nog een aantal hordes die genomen moeten worden, waaronder het gebrek aan tritium, een van de benodigde brandstoffen. Het Britse bedrijf First Light Fusion claimt daar nu een oplossing voor te hebben.

Lees ook:

• Kleurrijke blik in de fusiereactor van de toekomst
• Kernfusie dichterbij? Gigantische magneet van ITER is voltooid

Tritiumschaarste

Kernfusie is het samensmelten van twee atoomkernen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Hierbij komt warmte vrij. Door kernfusie gecontroleerd in een reactor te laten plaatsvinden, kun je die warmte gebruiken om elektriciteit op te wekken.

De meest praktische kernfusiereactie in een commerciële centrale is de deuterium-tritium-reactie. Deuterium en tritium zijn twee verschillende varianten (zogenoemde isotopen) van het waterstofatoom. Handig is dat deuterium veel voorkomt en je het gewoon uit zeewater kunt winnen. Minder handig is dat tritium juist weinig voorkomt in de natuur.

De wereldwijde tritiumvoorraad wordt momenteel geschat op ongeveer 20 kilogram. Tritium is bovendien instabiel en vervalt na ongeveer twaalf jaar in helium. De voorraad neemt dus continu af en moet dus ook voortdurend worden aangevuld.

Quitte spelen

Gelukkig kan tritium worden geproduceerd in kernfusiereactoren zelf. Energierijke neutronen die vrijkomen bij kernfusie kunnen lithium laten veranderen in helium en tritium. Wetenschappers proberen daarom kernreactoren te maken die evenveel tritium produceren als ze verbruiken.  

Eenvoudig is dat overigens niet. En zelfs als een reactor quitte speelt, is er eerst nog tritium nodig om de kernfusie op gang te brengen, dus nog voordat het wordt geproduceerd. Grote elektriciteitscentrales zullen dus veel tritium nodig hebben om de reactie op te starten, meer dan nu beschikbaar is.

25 kilogram tritium per jaar

First Light Fusion denkt een ontwerp voor een kernfusiereactie te hebben die meer tritium produceert dan hij verbruikt. Het gaat om FLARE, een conceptontwerp voor een toekomstige commerciële kernfusiecentrale met een elektrisch vermogen van 333 MW. Computersimulaties zouden laten zien dat FLARE waarschijnlijk een tritium breeding ratio (TBR) van 1,8 zou kunnen bereiken.

De TBR geeft aan hoeveel tritium een kernreactor produceert. Bij een TBR van 1,0 produceert hij evenveel als hij verbruikt. Vanwege inefficiënties is een TBR van 1,2 nodig om volledig zelfvoorzienend te zijn. Bij een TBR van 1,8 bouwt een reactor dus een aanzienlijk overschot aan tritium op.

Het geheim van FLARE: een bad van vloeibaar lithium rondom de kernfusiereactie. Dat bad is erg groot en zit dicht rondom de ruimte waar de kernfusie plaatsvindt, zodat zoveel mogelijk energierijke neutronen op het lithium botsen, en niet op andere materialen van de reactor.

Volgens de onderzoekers kan FLARE mogelijk een overschot van 25 kilogram tritium per jaar produceren. Dat is dus meer dan de huidige wereldwijde voorraad. Doordat een enkele gram tritium al tienduizenden euro’s waard is, zou de verkoop van de brandstof de constructie van FLARE kunnen bekostigen, aldus First Light Fusion.

Goed, voorlopig is deze tritiumproductie alleen nog theoretisch. Het moet nog blijken of het ontwerp van FLARE daadwerkelijk zo goed uitpakt als de computersimulatie voorspellen. Maar het lijkt commerciële kernfusie in ieder geval wel weer een stapje dichterbij te brengen.

Bron: First Light Fusion