Fusie-experiment levert voor het eerst meer energie op dan de laser erin stopte

LIVERMORE, DECEMBER 2022 - In het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië is voor het eerst bij een kernfusie-experiment meer energie vrijgekomen dan de lasers op het doel richtten. Op 5 december brachten 192 laserstralen 2,05 megajoule energie op een klein doelwit. De fusie die daarop volgde, leverde 3,15 megajoule op. Het Amerikaanse ministerie van Energie maakte het een week later bekend en noemt het een mijlpaal.

Wat is kernfusie?

De zon schijnt doordat in haar kern lichte atoomkernen samensmelten tot een zwaardere kern. Daarbij komt veel energie vrij. Dat heet kernfusie. Het is iets anders dan de kernsplijting in kerncentrales, waarbij een zware kern uiteenvalt.

Op aarde gebruiken onderzoekers twee soorten waterstof als brandstof: deuterium en tritium. Samen vormen die een heliumkern, plus een vrij deeltje en energie. Het lastige is dat de kernen elkaar afstoten. Alleen bij een extreem hoge temperatuur en druk, vergelijkbaar met het binnenste van een ster, botsen ze hard genoeg om samen te smelten.

Hoe de National Ignition Facility het doet

Dit laboratorium gebruikt lasers om die omstandigheden even na te maken. Het gaat zo:

1. De lasers. 192 laserstralen schieten tegelijk een holle gouden cilinder in, ongeveer een centimeter groot. De stralen raken de binnenwand.

2. De röntgenstraling. De wand wordt heet en straalt zacht röntgenlicht uit, zodat de cilinder vol zit met röntgenstraling.

3. Het brandstofkorreltje. In het midden hangt een capsule ter grootte van een peperkorrel, gevuld met deuterium en tritium, deels bevroren. De röntgenstraling verdampt het buitenste laagje van de capsule. Dat spuit naar buiten en duwt de rest naar binnen, zoals een raket gas naar achteren spuit. De capsule klapt met een snelheid van meer dan 400 kilometer per seconde in elkaar.

4. De ontsteking. Door de samendrukking worden de brandstof zo heet en dicht dat de kernen gaan fuseren. De heliumdeeltjes die dan ontstaan, verwarmen de brandstof eromheen verder, die dan ook gaat fuseren. Zodra die zelfverwarming groter is dan het verlies aan warmte, noemen onderzoekers dat ontsteking. Het is alsof een vuur zichzelf gaat aanhouden.

De brandstof moet fuseren voordat ze uit elkaar vliegt. De implosie is snel genoeg om dat voor elkaar te krijgen.

Wat de cijfers betekenen

Er kwam 3,15 megajoule uit, tegen 2,05 megajoule laserenergie erin. Dat is ongeveer anderhalf keer zoveel. Voor het ministerie is het een stap in het onderzoek naar schone energie, en een instrument voor het onderhoud van het Amerikaanse kernwapenarsenaal.

De kanttekening is dat de lasers zelf veel meer stroom uit het net nodig hadden dan de 2,05 megajoule die in het doelwit terechtkwam. Volgens Wikipedia ging het om ongeveer 300 megajoule. Het ministerie zegt zelf dat er nog veel ontwikkeling nodig is voordat fusie energie levert voor huizen en bedrijven.

Teruggeblikt vanuit 2026

Het bleek geen toevalstreffer. In juli 2023 volgde een tweede schot met 3,88 megajoule, in februari 2024 kwam er 5,2 megajoule uit 2,2 megajoule laserenergie. Op 7 april 2025 kwam het record: 8,6 megajoule uit 2,08, ongeveer vier keer de laserenergie. Op 20 juni 2026 werd de elfde ontsteking bereikt, met 7,9 megajoule.

De volgende stappen zijn groot. Een centrale moet vele malen per seconde vuren, de lasers moeten veel zuiniger worden en de opbrengst moet de stroom uit het net overtreffen. Maar het experiment heeft aangetoond dat de natuurkunde achter bijna onbeperkte, schone energie werkt. Dat is voor de komende decennia belangrijk, ook omdat datacenters en elektrificatie steeds meer stroom vragen.