Tokamak
Een Tokamak is een torusvormig apparaat waarin een plasma kan worden opgesloten met behulp van sterke magnetische velden. Tokamaks worden gebruikt om kernfusie te bestuderen, met als uiteindelijke doel een economisch rendabele energiebron. (Kernfusie is inmiddels wel gelukt, economisch rendabel is het nog niet.) De naam is een samentrekking van de Russische woorden toroidalnaja, kamera, magnitnaja en katoesjka welke respectievelijk torusvormig, ruimte, magnetisch en spoelen betekenen. Tokamak in het Nederlands is dus zoiets als Toroïdale ruimte, magnetisch door spoelen. Het apparaat is in 1950 ontworpen door Igor Tamm en Andrej Sacharov. De tokamak is op het moment de meest vergevorderde technologie op weg naar het bereiken van rendabele kernfusie.
Een probleem bij kernfusie is de extreem hoge temperatuur die ervoor nodig is. Geen enkel materiaal is daartegen bestand. Een eenvoudig reactievat is dus ongeschikt. In een tokamak wordt het hete plasma door een sterk magnetisch veld op z'n plaats gehouden. Hierdoor worden twee problemen opgelost:
- Het plasma wordt niet afgekoeld door de veel koudere wand.
- De wand komt niet in contact met het hete plasma en blijft intact.
Een belangrijk gedeelte van het magnetisch veld komt tot stand door een elektrische stroom in het plasma, die wordt opgewekt door het plasma te gebruiken als de secundaire spoel van een transformator. Deze stroom kan daarom maar een beperkte tijd in stand worden gehouden. Om te voorkomen dat een kernfusiecentrale die een tokamak gebruikt alleen in korte pulsen kan werken, wordt momenteel veel onderzoek gedaan naar andere manieren om de stroom lopende te houden. Een succesvolle methode is om de stroom, na opstarten met de transformator, in stand te houden door microgolven in te stralen.
Voordelen van zulke energiecentrales zijn dat er weinig radioactief afval ontstaat, en dat er steeds maar een kleine hoeveelheid nucleair reagens in de reactor aanwezig is. Een nadeel is dat zelfs de kleinste installatie waarin een rendabele exploitatie mogelijk zou zijn vrij groot is. Kernfusie is wel gerealiseerd, maar het energetisch quitte-speelpunt (waarbij de tokamak evenveel energie produceert als er in moet worden gepompt om de reactie op gang te brengen) is maar net bereikt; het economische quitte-speelpunt ligt nog ver buiten bereik.
Wereldwijd beschikken meerdere onderzoeksinstellingen over een tokamak. In 1996 is in de Tokamak-60 van het Japanse Naka Fusion Research Establishment in Nakamachi een temperatuur van 520 miljoen Kelvin bereikt. Dat is de hoogste temperatuur die ooit door mensen is gegenereerd.
In Princeton, VS staat ook een bekende proefopstelling, de TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) en in Culham, UK staat JET, (Joint European Torus), het Europese vlaggenschip van dit type onderzoek en de grootste tokamak ter wereld. In de zomer van 2005 is het besluit genomen om het grote internationale project ITER te gaan bouwen in Zuid Frankrijk (Cadarache). ITER zou rond 2015 de mogelijkheid van energetisch rendabele kernfusie moeten demonstreren, door 10 keer meer energie te produceren dan het energetisch quitte-speelpunt.
Zie ook: kernfusie
