Snelkoppeling naar kernfusie: laserstraal verhit plasma direct

Het Omega-lasersysteem van de Universiteit van Rochester is een van de krachtigste in zijn soort. Tegelijkertijd is het laserlicht dat er gegenereerd wordt van een bijzonder hoge kwaliteit, wat zorgt voor een efficiënte energieoverdracht naar het doelwit.

Dit is de perfecte basis voor het verder optimaliseren van een experiment dat in 2022 werd uitgevoerd op https://www.science.org/content/article/historic-explosion-long-sought-fusion-breakthrough waarbij 50 procent meer energie vrijkwam dan de laser leverde. De totale hoeveelheid was echter nog bescheiden: er werd 0,3 kilowattuur verkregen, terwijl er tijdens de voorbereidende run ongeveer 150 keer zoveel energie moest worden toegevoerd.

En het experiment had nog een paar haken en ogen. Het plasma, d.w.z. het ultrahitte basismateriaal voor kernfusie, zodat atomen en elektronen volledig van elkaar gescheiden zijn, moest worden ingesloten in een capsule met een laagje goud.

Alleen dan was de combinatie van extreme druk en een temperatuur van enkele miljoenen graden voldoende voor de omstandigheden die ook in het binnenste van de zon heersen. Het is bekend dat het kernfusieproces en het grote overschot aan energie daar zeer betrouwbaar werken.

En terwijl er bij normale druk op aarde meer dan 180 miljoen graden Fahrenheit (100 miljoen graden Celsius) nodig is, is de temperatuur in de kern van de zon slechts 27 miljoen graden Fahrenheit (15 miljoen graden Celsius).

Praktische uitvoering denkbaar

Het experiment lijkt daarom niet per se echt uitvoerbaar en schaalbaar. Het toont echter aan dat de energie van laserlicht alleen al genoeg is om het plasma zelf te stimuleren om kernfusie in een afgebakend gebied uit te lokken door de druk te verhogen.

Er zouden echter een miljoen goudcapsules per dag en tien laserpulsen per seconde nodig zijn om relevante hoeveelheden energie te verkrijgen.

Tijd voor een andere aanpak. Met capsules van silicium, dat in vrijwel onbeperkte hoeveelheden beschikbaar is, en een aangepast ontwerp, kon een plasma worden opgewekt, maar nog niet heet genoeg.

Dankzij wiskunde kan het experiment met het Omega lasersysteem opgeschaald worden. Grotere capsules en een hoger laservermogen voor een grotere energieoverdracht zouden voldoende moeten zijn om kernfusie te bereiken. Zelfs als het eindresultaat nog steeds een negatieve energiebalans is.

Aan de positieve kant is het een technisch hanteerbaar systeem met het potentieel om op grote schaal te functioneren. Niet voor niets werken verschillende start-ups al aan de praktische implementatie, waaronder bijvoorbeeld het Duits-Amerikaanse bedrijf Focused Energy dat gevestigd is in Austin en Darmstadt.