General Atomics heeft onlangs belastingkredietsteun ontvangen van de staat Californië voor het ontwerpen en bouwen van een nieuwe testfaciliteit in San Diego om een ​​sleutelcomponent in een kernfusiereactor te testen: een fusiekweekbekleding die ‘zelfgemaakte brandstof’ voor de reactor kan produceren en tegelijkertijd elektriciteit kan opwekken. Deze stap wordt beschouwd als een belangrijk signaal voor Californië om zijn lay-out op het gebied van de volgende generatie kernenergietechnologie te vergroten, en biedt ook een belangrijk technisch verificatieplatform voor commerciële kernfusie om richting "zelfvoorzienende brandstof" te evolueren.

Kernfusie wordt beschouwd als de ‘ultieme energieoplossing’ waarvan wordt verwacht dat deze het mondiale energielandschap fundamenteel zal veranderen, maar het realiseren van een commercieel levensvatbare fusiecentrale is niet zo eenvoudig als het tot stand brengen van een kernfusiereactie in het laboratorium. Momenteel kan elk natuurkundig laboratorium met bepaalde omstandigheden een fusiereactie produceren op een desktopapparaat. Het echte probleem ligt in de vraag hoe je een commerciële reactor kunt bouwen die langdurig stabiel kan functioneren, een netto energieopbrengst kan behalen en technisch haalbaar is. Naast dat de reactor veel meer energie moet produceren dan hij verbruikt, moet het technische ontwerp ook rekening houden met het specifieke pad van energieomzetting in elektriciteit en ervoor zorgen dat het systeem nog steeds voldoende structurele sterkte en betrouwbaarheid op lange termijn heeft onder extreme omstandigheden zoals sterke magnetische velden, extreem hoge temperaturen en neutronenstraling met hoge intensiteit.

In het huidige onderzoek naar en de ontwikkeling van kernfusietechnologie is de ontwikkeling en verificatie van verschillende technische componenten een van de belangrijkste aandachtspunten, waarbij vooral de component die de "fusiekweekdeken" wordt genoemd, van cruciaal belang is. Zoals de naam al doet vermoeden, is dit een "bekleding" gemaakt van een lithiumlegering die de binnenwand van de magnetische opsluitingskamer (tokamak) bedekt, dichtbij de holte die waterstofplasma op hoge temperatuur bevat. Deze envelop heeft een dubbele taak: aan de ene kant vangt het de neutronenenergie op die wordt gegenereerd door de fusiereactie, zet deze om in warmte en zet deze vervolgens om in elektriciteit via conventionele thermo-elektrische conversieverbindingen; aan de andere kant gebruikt het deze neutronen om meer fusiebrandstof te "cultiveren" om de werking van de reactor in stand te houden en voort te zetten.

Het huidige reguliere fusiereactieontwerp maakt gebruik van een gemengde brandstof van de waterstofisotopen deuterium en tritium. Deuterium is relatief eenvoudig uit water te winnen, terwijl tritium zeer schaars is. De radioactieve halfwaardetijd bedraagt ​​ongeveer 12,32 jaar, wat betekent dat de totale hoeveelheid natuurlijk voorkomend tritium op aarde slechts ongeveer 4 kilogram bedraagt. Daarom moet de tritiumbrandstof die in fusiereactoren wordt gebruikt vrijwel kunstmatig worden geproduceerd. Het reguliere pad is om neutronen te gebruiken om lithium te bombarderen en zo een kernreactie teweeg te brengen om tritium te genereren. De fusiekweek-envelop speelt een rol in dit proces: wanneer hoogenergetische fusieneutronen voortdurend de laag van de lithiumlegering bombarderen, zal een deel van de neutronen worden geabsorbeerd door de lithiumkern, waardoor deze gaat splijten en helium en tritium produceert, en een enorme thermische energie van ongeveer 4,8 MeV vrijkomt. Het overeenkomstige kernreactieproces kan worden uitgedrukt met de formule ⁶Li + n → ⁴He + ³H + 4,8 MeV.

Hoewel dit proces vanuit het fysieke principe relatief duidelijk is, kent het veel uitdagingen bij de technische implementatie. Daartoe zal General Atomics de krachten bundelen met het Amerikaanse ministerie van Energie, het Idaho National Laboratory, de Universiteit van Californië, San Diego en meerdere industriële en academische partners om gezamenlijk de ‘Blanket Component Test Facility’ te bouwen. Het doel van de faciliteit is om systematisch testen uit te voeren van grootschalige fusiekweekbekleding onder omstandigheden die dicht bij echte reactoromstandigheden liggen om de structurele duurzaamheid ervan in omgevingen met hoge temperaturen en hoge bestraling te evalueren, terwijl de warmteproductiecapaciteit en de tritiumproductiesnelheid kwantitatief worden gemeten.

Het projectteam hoopt dat door de verificatie van sleutelindicatoren zoals thermodynamische eigenschappen, materiaalstabiliteit en brandstofveredelingsefficiëntie van de bekledingscomponenten vooraf in deze faciliteit af te ronden, wanneer de eerste serie commerciële fusiecentrales wordt gebouwd, ze direct de volwassen bekledingstechnologie kunnen ondersteunen die de technische verificatie heeft doorstaan. Op deze manier wordt verwacht dat toekomstige fusiereactoren al in een vroeg stadium van hun werking over eigen brandstofvoorziening beschikken, waardoor de afhankelijkheid van externe tritiumbronnen aanzienlijk wordt verminderd, waardoor fusie-energie een steviger fundament krijgt in termen van veiligheid, duurzaamheid en economie.