Het Apparaat (1) - Cryogene pers
Kernfusie, het samensmelten van atoomkernen, is de manier waarop de zon en de sterren hun energie opwekken. In tegenstelling tot de gangbare kernsplijting in huidige kerncentrales laat het kernfusieproces in principe geen radioactief afval achter. Het is wetenschappers echter nog niet gelukt om een prototype kernfusiecentrale te bouwen die meer energie opwekt dan dat hij verbruikt. ITER, een experimentele centrale in Zuid-Frankrijk die in 2018 afgebouwd moet zijn, moet daar verandering in gaan brengen. De reactor moet met een output van 500 megawatt tien keer zoveel energie opwekken als dat erin gaat. De leerstoel Lage Temperaturen (TNW-HCS, IMPACT) van de Universiteit Twente is betrokken bij dit internationale megaproject. Arend Nijhuis leidt hier een team van momenteel twee postdocs en twee promovendi. Hun cryogene pers (foto 1) speelt een cruciale rol bij het ontwerpen van de electromagneten die rondom de reactorwand geplaatst zullen worden.
Om kernfusie energetisch rendabel te laten verlopen wordt in de ITER-reactor waterstof opgewarmd tot 150 miljoen graden Celsius, maar liefst tien keer de temperatuur in de kern van de zon. Het is daarom paradoxaal dat juist de leerstoel Lage Temperaturen een bijdrage levert aan dit project. De sleutel ligt in de supergeleidende electromagneten die het hete gas scheiden van de reactorwand. Zonder deze scheiding zou het gas te sterk afkoelen. De electromagneten moeten juist heel koud zijn (4.2 graden Kelvin oftewel -269 graden Celsius) om met hun windingen van supergeleidend materiaal de gewenste veldsterkte (12 tesla) te kunnen leveren. De stroom van 40.000 ampère stelt de kabels bloot aan grote interne krachten, de zogenaamde Lorentzkrachten. Als bescherming hiertegen krijgen de kabels een stalen jas (foto 2). De krachten beïnvloeden echter ook de supergeleidende eigenschappen van de kabels. Deze invloed kan worden gemeten met de cryogene pers in het T2-lab in Hogekamp. Dit door UT-onderzoekers zelf gebouwde instrument simuleert de Lorentzkrachten door de kabel mechanisch samen te drukken met een hefboommechanisme. Dit vindt plaats in een vat gevuld met vloeibaar helium (op de foto's is het vat verwijderd), zodat gemeten kan worden aan de supergeleidende eigenschappen van de kabels onder realistische omstandigheden. Het apparaat is volgens de onderzoekers uniek in zijn soort en heeft mede daardoor een waarde van enkele honderden tonnen. Wetenschappers van over de hele wereld gebruiken de gegevens uit deze cryogene pers om hun kabels voor het ITER-project te verbeteren.
 |
| Tekst en beeld: Gijs van Ouwerkerk |
 |
