DIFFER
DIFFER NEWS

Joint European Torus (JET) test succesvol nieuwe oplossingen voor toekomstige fusiecentrales

Published on November 23, 2023

EUROfusion kondigt de succesvolle voltooiing aan van de derde en laatste experimentele deuterium-tritiumcampagne (DTE3) op de Joint European Torus-fusiemachine (JET). De experimenten onderzochten fusieprocessen en regeltechnieken onder vergelijkbare omstandigheden als en ter voorbereiding op toekomstige kernfusiecentrales. Ze markeren een belangrijke sprong voorwaarts als het gaat om onze kennis over fusieplasma's.

Please visit the EUROfusion website to read more about this news in English.

De experimentele campagne bij JET werd uitgevoerd door meer dan 300 wetenschappers uit heel Europa die deelnamen aan EUROfusion, samen met technische en wetenschappelijke medewerkers van de United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA). JET is de enige bestaande faciliteit in zijn soort die kan werken met de hoogwaardige deuterium-tritium brandstofmix die in toekomstige fusiecentrales zal worden gebruikt. Terwijl de meeste fusie-experimenten alleen brandstoffen als waterstof of deuterium gebruiken, is het testen met deze deuterium-tritium mix essentieel om de omstandigheden van een echte fusiecentrale zo dicht mogelijk te benaderen. 

Cruciale inzichten

In de experimenten bij JET zijn fusiereacties in deuterium-tritium geoptimaliseerd en technieken ontwikkeld om brandstofretentie, warmteafvoer en materiaalevolutie te beheren. Dit heeft cruciale inzichten opgeleverd voor het ontwerp en de werking van toekomstige reactoren, zoals het internationale ITER-experiment en de DEMO demonstratiefusiecentrale. Tony Donné, Programmamanager (CEO) bij EUROfusion, benadrukt: "Deze experimenten bij JET zijn een bewijs van de samenwerkingsgeest en innovatie in de EUROfusion-gemeenschap, en maken de weg vrij voor de volgende generatie fusieonderzoek en -technologie." 

Stappen voorwaarts

De experimentele campagne van EUROfusion bij JET benadrukt de centrale rol van Europa in het bevorderen van fusieonderzoek en onderstreept het leiderschap van Europa in het wereldwijde streven naar schone, duurzame energie. Deze campagne markeert een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van de technologieën en methodologieën die essentieel zijn voor toekomstige fusiecentrales.

Belangrijk is dat wetenschappers in deze campagne hebben aangetoond dat ze op een volwassen en betrouwbare manier de recordbrekende experimenten van JET uit 2021 kunnen reproduceren en optimaliseren. Bovendien voorzien deze experimenten wetenschappers van nieuwe informatie die gebruikt kan worden om natuurkundige modellen te valideren op een grotere schaal met een hoogwaardige brandstofmix. Dit is niet mogelijk op kleinere Europese machines.

Verder is in deze campagne grote vooruitgang geboekt in het beheer van de brandstofcomponent tritium, door baanbrekend werk te verrichten op het gebied van nieuwe bewakings- en reinigingstechnologieën. Ook is de kennis verbeterd over de impact die hoogenergetische neutronen (die voortkomen uit fusiereacties) hebben op de koelsystemen en elektronica, dit laatste in samenwerking met CERN.

Warmtelast onder controle

Eén van de grote uitdagingen die nog moet worden opgelost voor een grote reactor is het gecontroleerd verminderen van de warmtestroom in het uitlaatgedeelte van de reactor. Tijdens deze JET-campagne hebben wetenschappers van DIFFER, het Dutch Institute for Fundamental Energy Research uitgebreid samengewerkt met Europese teams om operationele scenario's te ontwikkelen. Daarbij kunnen hoge kernprestaties worden bereikt die compatibel zijn met een uitlaatoplossing. 

Het DIFFER-team richtte zich vooral op het ontwikkelen van snelle algoritmes die er voor zorgen dat de warmtelast op de wand niet te hoog wordt. Thomas Bosman, promovendus bij DIFFER en betrokken bij de experimenten: “Het regelen van de warmtelast op de wanden van de reactor is een nauw proces. Het wordt gedaan door edelgassen te injecteren dicht bij de wand. Dit moet heel precies gebeuren, want te veel gas kan het hele experiment in gevaar brengen. Wij hebben laten zien dat we door systematisch te werken heel efficiënt (met weinig experimentele tijd) werkende regelaars (algoritmes) kunnen ontwerpen. De regelaars maken gebruik van metingen van het plasma om de hoeveelheid geïnjecteerde edelgas heel snel (elke 0.002 seconden) aan te passen, zodat de warmtelast op de wand onder controle blijft zonder de fusieprestaties aan te tasten.”

IJskoude kogels

Daarnaast liet het team zien hoe de deuterium-tritium brandstofmix te regelen is. Dit deden zij door tritiumgas en bevroren pellets (ijskoude balletjes) deuterium te injecteren. In 2022 ontving Matthijs van Berkel, groepsleider Energy Systems & Control bij DIFFER een Vidi-beurs van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) om hier onderzoek naar te doen. Lennard Ceelen, PhD-kandidaat bij DIFFER en betrokken bij deze experimenten: “De ijspellets bevatten brandstof, zijn gekoeld tot -260 graden en worden met hoge snelheid gelanceerd in het verzengende fusieplasma van 100 miljoen graden. Dit is technisch zeer uitdagend en de enige manier om efficiënt nieuwe brandstof toe te voegen aan het fusieplasma. Deze experimentele resultaten tonen aan dat de ijspellets gebruikt kunnen worden om condities in het plasma te regelen. Dit zal van essentieel belang zijn in de succesvolle werking van toekomstige fusiereactoren.”

Europees project

De Joint European Torus (JET) is een fusie-experiment van het donutvormige tokamak-ontwerp in het Culham Centre for Fusion Energy in Oxfordshire in het Verenigd Koninkrijk. De faciliteit gebruikt magnetische velden om het hete, geïoniseerde gas (plasma) weg te houden van de binnenwanden van het vat, waardoor het veilig kan werken bij 150 miljoen graden Celsius - tien keer de temperatuur in de kern van de zon.

JET werd in 1983 in gebruik genomen als een gezamenlijk Europees project en onderging in de loop der jaren verschillende verbeteringen om de prestaties te verbeteren. In 1991 werd JET de eerste reactor ter wereld die werkte met een 50-50 mix van tritium en deuterium. De faciliteit vestigde talrijke fusierecords, waaronder een record Q-plasma (de verhouding tussen het geproduceerde fusievermogen en het externe vermogen dat wordt gebruikt om het plasma te verhitten) van 0,64 in 1997 en een recordvermogen aan fusie-energie van 59 megajoule in een puls van vijf seconden in december 2021. JET is gebouwd door Europa en werd tijdens zijn levensduur gezamenlijk gebruikt door Europese onderzoekers. In oktober 2021 werd JET eigendom van UKAEA, in juni van dit jaar vierde het zijn veertigste verjaardag en eind 2023 zal het zijn activiteiten staken.

Over EUROfusion

EUROfusion, het Europees Consortium voor de ontwikkeling van fusie-energie, voert fusieonderzoek uit namens Euratom. Het bestaat uit 195 onderzoeksinstellingen uit 29 Europese landen. De missie van EUROfusion is om de weg vrij te maken voor fusiecentrales als een veilige, duurzame en economisch levensvatbare energiebron in overeenstemming met de European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy.

Video: JET flythrough (credit: UKAEA)

Go to the News page.