Dit is een artikel uit het NRC-archief
Bekijk hele krant

NRC Handelsblad

Economie

Draagbare fusie

Met verbazend eenvoudige middelen is het Amerikaanse fysici gelukt in een kleinschalige proefopstelling kernfusie te bewerkstelligen. Maar een energiebron is het niet.

TERWIJL Europeanen en Japanners bakkeleien over de bouwlocatie van een grootschalige kernfusiereactor, is het drie Amerikaanse fysici gelukt kernfusiereacties op te wekken in een opstelling van het formaat grapefruit – reductie tot ei-grootte ligt in het verschiet. De nieuwe aanpak is opvallend low tech en heeft niets te maken met de `koude kernfusie' die Pons en Fleischman in 1989 meenden te hebben waargenomen en die van meet af aan op grote scepsis stuitte. Het geheim: een pyro-elektrisch kristal als deeltjesversneller voor zware waterstof (Nature, 28 april).

``We kunnen een apparaat bouwen dat je in je handpalm sluit en dat fusie genereert zodra je het in ijswater dompelt'', aldus Seth Putterman, die het samen met Brian Naranjo en Jim Gimzewski in elkaar zette.

De drie fysici, werkzaam aan de University of California in Los Angeles hebben met een verbluffend experiment tabletop fusion, zestien jaar geassocieerd met bad science, weer tot een eerbaar onderwerp gemaakt. In hun proefopstelling begint alles met een lithiumtantalaat-kristal (LiTaO3). Dat materiaal (ter grootte van een damsteen) is pyro-elektrisch, wat betekent dat bij verandering van temperatuur de zijvlakken van het kristal tegengesteld geladen raken. Het effect is in 314 v.Chr. al eens beschreven, toen Theophrastus (leerling van Aristoteles) de eigenschappen van toermalijn (een pyro-elektrisch edelsteen) onderzocht.

trefplaatje

Bij lithiumtantalaat volstond 12 graden temperatuurstijging per minuut om een spanningsverschil van 120.000 volt op te bouwen. Overgebracht op een aan het kristal bevestigde wolfraamnaald, ontstaat ter plekke van de punt een krachtig elektrisch veld. Dat veld stript omringend ijl deuteriumgas (zware waterstof onder een druk van 0,7 pascal; de luchtdruk is circa 100.000 pascal) van zijn elektronen. De deuteriumionen (D+) krijgen door toedoen van dit veld een versnelling, waarna ze met hoge energie op een trefplaatje van erbiumdeuteride (ErD3) knallen. Eén op de miljoen botsingen tussen deuteriumkernen leidt in die situatie tot kernfusie: twee deuteriumkernen versmelten tot een heliumkern onder uitzending van een neutron met een energie van 2,45 MeV.

De Amerikanen telden in hun detectoren tijdens een verwarmingscyclus van het kristal circa 900 neutronen per seconde. Dat is honderden malen meer dan de achtergrondintensiteit en het bewijs dat kernfusie daadwerkelijk optrad. Die neutronenproductie zakt in zodra de temperatuurverandering in het kristal stopt.

Een energiebron is het systeem niet: door de lage fusiekans tijdens botsingen tussen deuteriumkernen kost het geheel meer energie dan het oplevert. Wat de nieuwe aanpak zo interessant maakt is dat voor het eerst in het laboratorium kernfusie is verkregen zonder gebruik te maken van volumineuze versnellers en hoogspanningsinstallaties. Warmtetoevoer van 2 watt volstaat om het kristal als versneller te laten functioneren.

Toepassingen moeten komen van situaties waarin handzame compacte neutronenbronnen een uitkomst zijn. Te denken valt aan een draagbare neutronenbron, precisievoortstuwing van minisondes in de ruimte, olie-exploratie en het screenen van bagage op vliegvelden (op basis van het doordringend vermogen van neutronenstraling). Dat zal een aanzienlijk hogere neutronenintensiteit vergen dan de 900 per seconde die nu is bereikt. Ophoging tot een miljoen per seconde, aldus Putterman, moet haalbaar zijn door met een grotere wolfraamnaald te werken, de temperaturen te verlagen en door over te schakelen op een trefplaatje met een tritiumverbinding (een nog zwaardere variant van waterstof dan deuterium).

Omdat Naranjo, Gimzewski en Putterman bestaande technieken (pyro-elektriciteit en ionisatie bij een scherpe punt) hebben toegepast, en er neutronen van de juiste energie zijn gemeten, stuit tabletop fusion ditmaal niet op verzet bij collega's. Bij de koude kernfusie van Pons en Fleischman in 1989 was het grote probleem juist dat collega-onderzoekers de geclaimde neutronen – bewijs voor het optreden van fusie – ondanks verwoede pogingen maar niet in beeld kregen. Criticasters van toen tonen zich nu welwillend. `Toen ik het artikel zag was mijn eerste reactie: o hemel, niet nogmaals table top', aldus neutronenexpert Mike Saltmarsh in Nature. `Maar ze hebben een keurige miniatuurversneller in elkaar gezet. Neutronen maken op die manier is niemand eerder gelukt, dat weet ik bijna zeker.'

claims

Onlangs liet Saltmarsh zich negatief uit over claims dat in experimenten met sonoluminescentie – omzetting van geluid in licht in imploderende gasbellen in vloeistof – kernfusie zou zijn aangetoond. Ook Putterman, zelf actief in het onderzoek naar kernfusie tijdens sonoluminescentie, geloofde er niets van: de bewuste experimenten waren in zijn lab niet te reproduceren. Nog altijd sleept de controverse zich voort en heeft het Amerikaanse ministerie van defensie beide partijen geld toegestopt voor nader onderzoek. Ook sonoluminescentie zal overigens het energieprobleem niet kunnen oplossen. In tegenstelling tot wat de gewetenloze fysicus in de film Chain reaction de kijker voorspiegelt, zal kernfusie in bubbels – als het al bestaat – door zijn minuscule omvang niets bijdragen.

Tot degenen die de claim van Pons en Fleischman onderuit haalden, behoorde ook Seth Putterman. Angst zelf op zijn gezicht te gaan kent hij niet: `We hebben gewoon gelijk. Iedereen die ons resultaat te mooi vindt om waar te zijn is van harte welkom de proef over te doen.'