De grote vooruitgang in fusieonderzoek die dinsdag in Washington werd aangekondigd, lag decennia op de wacht, waarbij wetenschappers voor het eerst in staat waren een reactie te ontwikkelen die meer energie opleverde dan werd gebruikt om het te ontsteken.

Met krachtige lasers die enorme energie konden richten op een miniatuurcapsule van half de grootte van een BB, startten wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië een reactie die ongeveer 1,5 keer meer energie produceerde dan het licht dat erbij werd gebruikt.

Er zijn nog decennia te wachten voordat fusie op een dag—misschien—in de echte wereld elektriciteit kan opwekken. Maar de belofte van fusie is verleidelijk. Als het wordt benut, zou het bijna onbegrensde, koolstofvrije energie kunnen produceren om in de elektriciteitsbehoefte van de mensheid te voorzien zonder de wereldwijde temperaturen te verhogen en de klimaatverandering te verergeren.

Tijdens de persconferentie in Washington vierden de wetenschappers.

"Dus, dit is best gaaf," zei Marvin Adams, de plaatsvervangend beheerder defensieprogramma's van de National Nuclear Security Administration.

"Fusiebrandstof in de capsule werd uitgeperst, fusie-reacties begonnen. Dit was allemaal eerder gebeurd—honderd keer eerder—maar vorige week ontwierpen ze dit experiment voor het eerst zodat de fusiebrandstof heet genoeg, dicht en rond genoeg bleef om lang genoeg te ontbranden," zei meneer Adams. "En het produceerde meer energie dan de lasers hadden afgezet."

Hier volgt een overzicht van wat kernfusie precies is, en enkele van de moeilijkheden om het om te zetten in de goedkope en koolstofvrije energiebron die wetenschappers hopen te kunnen zijn.

Wat is kernfusie?

Kijk omhoog, en het gebeurt recht boven je—kernfusie-reacties voeden de zon en andere sterren.

De reactie vindt plaats wanneer twee lichte kernen samensmelten tot één zwaardere kern. Omdat de totale massa van die enkele kern minder is dan de massa van de twee oorspronkelijke kernen, is de overblijvende massa de energie die tijdens het proces vrijkomt, volgens het Department of Energy.

In het geval van de zon zorgen de intense hitte—miljoenen graden Celsius—en de druk die door haar zwaartekracht wordt uitgeoefend, ervoor dat atomen die elkaar anders zouden afstoten, kunnen fuseren.

Wetenschappers begrijpen al lang hoe kernfusie werkt en proberen het proces op aarde al in de jaren dertig te dupliceren. De huidige inspanningen richten zich op het fuseren van een paar waterstofisotopen—deuterium en tritium—volgens het Department of Energy, dat zegt dat deze specifieke combinatie "veel meer energie vrijgeeft dan de meeste fusiereacties" en minder warmte nodig heeft.

Hoe waardevol kon dit zijn?

Daniel Kammen, hoogleraar energie en samenleving aan de University of California in Berkeley, zei dat kernfusie de mogelijkheid biedt van "vrijwel onbeperkte" brandstof als de technologie commercieel levensvatbaar kan worden gemaakt. De benodigde elementen zijn beschikbaar in zeewater.

Het is ook een proces dat niet het radioactieve afval van kernsplijting produceert, zei de heer Kammen.

Het oversteken van de grens van netto energiewinst is een belangrijke prestatie, zei Carolyn Kuranz, professor aan de University of Michigan en experimenteel plasmafysicus.

"Natuurlijk denken mensen nu, hoe gaan we naar tien keer meer of honderd keer meer? Er is altijd een volgende stap," zei mevrouw Kuranz. "Maar ik denk dat dat een duidelijke lijn is: ja, we hebben ontsteking in het laboratorium bereikt."

Hoe proberen wetenschappers dit te doen?

Een manier waarop wetenschappers hebben geprobeerd kernfusie na te bootsen, is wat een tokamak wordt genoemd—een donutvormige vacuümkamer die krachtige magneten gebruikt om brandstof om te zetten in een oververhitte plasma (tussen 150 miljoen en 300 miljoen graden Celsius) waar fusie kan plaatsvinden.

Het laboratorium in Livermore gebruikt een andere techniek, waarbij onderzoekers een laser van 192 stralen afvuren op een kleine capsule gevuld met deuterium-tritium brandstof. Het laboratorium meldde dat een test in augustus 2021 1,35 megajoule fusie-energie produceerde—ongeveer 70 procent van de energie die op het doel werd afgevuurd. Het laboratorium zei dat verschillende latere experimenten dalende resultaten lieten zien, maar onderzoekers geloofden dat ze manieren hadden gevonden om de kwaliteit van de brandstofcapsule en de symmetrie van de lasers te verbeteren.

Waarom is fusie zo moeilijk?

Het vereist meer dan extreme hitte en druk. Het vergt ook precisie. De energie van de lasers moet precies worden toegepast om de uitwaartse kracht van de fusiebrandstof tegen te gaan, aldus Stephanie Diem, hoogleraar technische natuurkunde aan de University of Wisconsin-Madison.

En dat is alleen om te bewijzen dat netto energiewinst mogelijk is. Het is zelfs nog moeilijker om elektriciteit op te wekken in een energiecentrale.

Zo kunnen de lasers van het lab slechts een paar keer per dag vuren. Om energie levensvatbaar te produceren, zouden ze snel moeten vuren en zouden capsules meerdere keren per minuut of zelfs sneller moeten worden ingebracht, zei mevrouw Kuranz.

Een andere uitdaging is het verhogen van de efficiëntie, zei Jeremy Chittenden, hoogleraar aan Imperial College in Londen gespecialiseerd in plasmafysica. De lasers die in Livermore worden gebruikt, vereisen veel elektrische energie, en onderzoekers moeten een manier vinden om hun resultaten op een veel kosteneffectiever manier te reproduceren, zei hij.