Waterstofatomen, met een enkel proton, hebben de laagste elektrische lading van alle atoomkernen en dus de kleinste barrière om te overwinnen. Het blijkt dat het cocktailrecept voor fusie nog beter wordt als je de isotopische varianten van waterstof, deuterium en tritium, gebruikt. Hoewel andere brandstoffen in theorie zouden kunnen worden gesmolten, zouden daarvoor nog hogere temperaturen nodig zijn dan de 150.000.000 °C van ITER. Credit illustratie: ©ITER.org
Tritium kweken
Deuterium kan uit alle vormen van water worden gedestilleerd. Het is een ruim beschikbare, onschadelijke en vrijwel onuitputtelijke bron. In elke kubieke meter zeewater zit bijvoorbeeld 33 gram deuterium. Deuterium wordt routinematig geproduceerd voor wetenschappelijke en industriële toepassingen. Tritium is een snel vervallend radio-element van waterstof dat in de natuur slechts in sporenhoeveelheden voorkomt. Het kan echter tijdens de fusiereactie worden geproduceerd door contact met lithium: tritium wordt geproduceerd, of “gekweekt”, wanneer neutronen die aan het plasma ontsnappen een wisselwerking aangaan met lithium in de dekenwand van de tokamak. Lithium uit bewezen, gemakkelijk te winnen bronnen op het land zou voldoende voorraad opleveren om fusiecentrales meer dan 1000 jaar te laten draaien. Bovendien kan lithium worden gewonnen uit oceaanwater, waar de reserves praktisch onbeperkt zijn (genoeg om ~6 miljoen jaar in de energiebehoefte van de wereld te voorzien). De wereldwijde voorraad tritium bedraagt momenteel ongeveer twintig kilo, waaruit ITER tijdens de operationele fase zal putten. Het concept van het “kweken” van tritium binnen de fusiereactie is belangrijk voor de toekomstige behoeften van een grootschalige fusiecentrale.
Ontwerpdoorsnede van het tritiumgebouw. Credit illustratie: ©ITER
Tritiumfabriek
De brandstof voor de fusiereacties in ITER wordt niet eenmalig gebruikt; in plaats daarvan wordt de brandstof die niet wordt verbruikt, samen met heliumas en onzuivere gassen weggepompt als onderdeel van de uitlaat van het torusplasma en gerecycled door de Tritiumfabriek voor hergebruik.Hoewel de effectieve verbrandingssnelheid in de plasmakamer wordt geschat op slechts 1%, is dat genoeg om heliumas te laten ophopen en het kernplasma te laten verdunnen. Om dit te voorkomen, zijn krachtige toruskryopompen in het divertorgebied ontworpen om continu heliumas uit te zuigen, samen met ongebruikte brandstof en onzuiverheden. De gasstromen van de pompen gaan naar de Tritiumfabriek (geïntegreerd in het Tokamak Complex), waar de fusiebrandstoffen worden geëxtraheerd om opnieuw in de splijtstofcyclus te worden geïnjecteerd.
Lees het volledige artikel op de website: IITER.org