China test recordmagneet van 582 ton voor zijn ‘kunstmatige zon’

Een magneet zo groot als een gebouw

De blikvanger is een D-vormige torusveldspoel, oftewel een toroidal-field (TF)-magneet. In een tokamak vormt zo’n magneet een soort onzichtbare kooi rond het plasma. Dat plasma mag de reactorwand niet raken, omdat het tot boven de 100 miljoen graden Celsius wordt verhit — ongeveer zes keer heter dan de kern van de zon .

De belangrijkste cijfers:

• Massa: 582 ton
• Afmetingen: 21 meter lang, 12 meter breed en 3,3 meter hoog
• Stroom tijdens de test: 60 kiloampère
• Opgeslagen energie per spoel: 6,03 megajoule
• Magnetische veldsterkte: ongeveer 6,5 tesla, ruwweg twee tot vier keer sterker dan het veld van een ziekenhuis-MRI
• Beoogde levensduur: ongeveer 40.000 plasmastoten

Uiteindelijk worden zestien van deze D-vormige spoelen samengevoegd tot het torusvormige magnetische veld van BEST .

Groter en krachtiger dan de vergelijkbare ITER-magneet

Vergeleken met de overeenkomstige torusveldmagneten van ITER heeft de Chinese magneet 1,3 keer zoveel volume en kan hij ongeveer drie keer zoveel energie opslaan .

Dat betekent niet dat BEST als geheel groter is dan ITER. ITER, de internationale experimentele fusiereactor die in Frankrijk wordt gebouwd, heeft een veel grotere totale afmeting. De zogenoemde grote straal bedraagt ongeveer 6,2 meter, tegenover 3,6 meter voor BEST .

BEST is bedoeld als een tussenstap tussen de bestaande Chinese EAST-tokamak en de veel grotere China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). Volgens het onderzoeksplan moet BEST vóór ITER de grootste operationele deuterium-tritium-tokamak ter wereld worden .

Ook de ‘ontsteker’ werd getest

Naast de torusveldmagneet doorstond ook een modelspoel van de centrale solenoïde de eindtests binnen het CRAFT-programma . Deze centrale magneet is essentieel voor het opwekken en onderhouden van de plasmastroom in de tokamak. Onderzoekers vergelijken hem daarom met een ontsteker: zonder de solenoïde kan de fusiereactor niet goed worden gestart en draaiende worden gehouden .

Zes jaar ontwikkeling in eigen land

De magneten zijn ontwikkeld binnen CRAFT, de Comprehensive Research Facility for Fusion Technology in Hefei. Deze nationale onderzoeksfaciliteit is opgezet om belangrijke onderdelen voor toekomstige fusiereactoren op ware grootte te ontwikkelen en te testen, voordat ze in BEST worden geïnstalleerd .

Het ontwikkeltraject duurde ongeveer zes jaar. Volgens de betrokken instituten zijn de supergeleidende materialen, constructies en productieprocessen volledig in China ontwikkeld en geproduceerd. Alle kerntechnologieën van het project zouden daarmee een binnenlandse productieketen hebben .

Wanneer levert BEST de eerste fusie-elektriciteit?

De planning van China is ambitieus:

• De bouw van BEST begon op 30 juni 2023 en moet eind 2027 zijn afgerond .
• Het eerste plasma wordt eind 2027 verwacht .
• China wil rond 2030 elektriciteit uit kernfusie demonstreren — een mijlpaal die vaak wordt omschreven als het laten branden van de eerste lamp op fusie-energie .
• Daarna moet de grotere CFETR de volgende stap vormen. Die reactor wordt rond 2030 voorzien; commerciële fusiereactoren die elektriciteit aan het net leveren, zijn voor latere decennia gepland .

De nieuwe magneet bewijst op zichzelf nog niet dat kernfusie commercieel haalbaar is. Wel neemt China hiermee een belangrijke technische drempel weg op weg naar een reactor die niet alleen plasma kan verhitten, maar uiteindelijk ook bruikbare energie moet produceren. The Economist schat dat China met deze planning ongeveer tien jaar voorloopt op andere landen in de zoektocht naar fusie-energie .