Magnum-PSI zet wereldrecord plasma-blootstelling voor ITER

March 27th 2018

Op woensdag 21 maart heeft de onderzoeksfaciliteit Magnum-PSI bij DIFFER (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) een nieuw wereldrecord gezet voor de langste test van materialen onder de zware omstandigheden in toekomstige kernfusiereactoren. In een experiment van 18 uur in totaal stelde Magnum-PSI wolfraam testonderdelen bloot aan het equivalent van een jaar aan hoog-vermogen experimenten in de internationale fusiereactor ITER. Dat is 50 keer meer dan het voorgaande record. Het resultaat onderstreept dat Magnum-PSI's als enige laboratoriumfaciliteit ter wereld kan onderzoeken hoe reactormaterialen zullen veranderen tijdens hun jarenlange verblijf in de ITER-reactor.

ITER project

Fusieonderzoekers willen de reacties tussen samensmeltende waterstofkernen in het hart van de zon op aarde nabootsen als veilige, schone en praktisch onuitputtelijke energiebron. De internationale fusiereactor ITER is ontworpen om als eerste experiment ter wereld méér vermogen op te wekken uit de waterstoffusie dan er nodig is om de hete brandstof (plasma - een gas van geladen deeltjes) te verhitten en te beheersen. ITER is momenteel in aanbouw in het zuiden van Frankrijk en begint in 2025 aan zijn eerste meetcampagne.

Youtube: tungsten mock-up van ITER wandmaterial
wordt blootgesteld aan intens plasma in Magnum-PSI.
copyright: DIFFER

Oppervlak van de zon

De 15 meter lange laboratoriumfaciliteit Magnum-PSI is de enige ter wereld die nu al materialen kan testen onder de extreme plasmacondities die zullen heersen bij de uitlaat van ITER. Het hete, dichte plasma in ITER's uitlaat is vergelijkbaar met de omstandigheden in een lasvlam, bij het hitteschild van een ruimteschip dat terugkeert in de dampkring, of aan het oppervlak van de zon. Dankzij een nieuwe, supergeleidende magneet (in bedrijf sinds begin 2017) kan Magnum-PSI die omstandigheden nu urenlang in stand houden en de effecten van zulke blootstelling op lange termijn onderzoeken.

"Very impressive"

Het idee voor het onderzoek achter de recordpoging komt van Greg De Temmerman, die bij ITER het onderzoek naar plasma-wand-wisselwerking coördineert. Hij leverde namens ITER de wolfraam proefmaterialen voor het experiment, en bezocht DIFFER om het experiment met Magnum-PSI mee te maken. "De fluence die we hier halen - het totaal aantal deeltjesinslagen per vierkante meter na de blootstelling - is hetzelfde als na een heel jaar van hoog-vermogen experimenten in ITER", licht De Temmerman toe. "Dat is een zeer indrukwekkende prestatie en ik vind het fantastisch om te zien hoe goed Magnum-PSI werkt." Het vorige wereldrecord, bij een andere onderzoeksfaciliteit, stelde materialen bloot aan het equivalent van vijf ITER-dagen aan plasma.


Artist's concept van de fusierector ITER.
Copyright: ITER

Ook Magnum-PSI's hoofdingenieur Hans van Eck is trots op de prestatie van zijn team en instrument. "Het was voor ons echt een test van de faciliteit, want we hebben nog nooit zulke lange blootstellingen uitgevoerd. Vanaf maandag 19 maart hebben we het wolfraam testmateriaal in maar 18 uur tijd blootgesteld aan een fluence van 1030 inslaande deuteriumkernen per vierkante meter, bij een hitte van 10 megawatt per vierkante meter." Deuterium is een zwaardere isotoop van waterstof en vormt onderdeel van de fusiebrandstof voor ITER.

Na de record-blootstelling is het nu tijd om ITER's wolfraam onderdelen te onderzoeken en te achterhalen hoe ze zich hebben gehouden onder het plasmabombardement. Thomas Morgan leidt DIFFER's onderzoek naar zulke plasma wand wisselwerking en kijkt uit naar de analyse: "We krijgen zo de eerste gedetailleerde blik op hoe materiaaleigenschappen veranderen door het verblijf in ITER; dat heeft nog geen enkel ander experiment kunnen onderzoeken."

Onderzoeksfaciliteit: samenwerking met ITER en EUROfusion

Magnum-PSI is een onderzoeksfaciliteit, wat wil zeggen dat de opstelling toegankelijk is voor externe gebruikers die samenwerken met het DIFFER-team. De recordblootstelling van wolfraam is uitgevoerd op initiatief en in nauwe samenwerking het internationale ITER-project, en werd ondersteund door het Europese consortium EUROfusion voor de ontwikkeling van kernfusie als energiebron.


Magnum-PSI faciliteit. Copyright: DIFFER

This project has received funding from the Euratom research and training programme 2014-2018 under grant agreement No 633053.