Na een voorbereiding van een kwarteeuw wordt in het Zuid-Franse Cadarache nu met man en macht gebouwd aan ITER, de eerste kernfusiereactor waar meer energie uit moet komen dan erin wordt gestopt. Hoewel nog niet meer dan een testreactor, wordt ITER geen kleine jongen. Alleen al het vacuümvat, de donutvormige ruimte waarin het kolkend hete fusieplasma door ultrasterke magneetvelden wordt rondgeslingerd, weegt al meer dan de Eiffeltoren. En elk van de supergeleidende magneetspoelen waarmee het plasma in bedwang wordt gehouden is zwaarder dan een volgeladen Boeing 747.

Het zijn cijfers die dr. Michael Walsh, hoofd van de Diagnostics Division van ITER, met zichtbare trots presenteert. De Ier is verantwoordelijk voor de coördinatie van alle diagnostiek in het ITER-project: de 'ogen en oren' van de reactor waarmee het fusieproces in de gaten moet worden gehouden en zo nodig bijgestuurd.

ITER moet een vermogen van 500 megawatt gaan opwekken, vertelt Walsh. Dat is tien maal zoveel energie als nodig is om het fusieproces in stand te houden, en net zoveel als bijvoorbeeld de kernsplijtingcentrale in Borssele produceert. De reactor zal nog niet continu draaien, maar in periodes van tien minuten tot een uur. Pas de opvolger van ITER, die de naam DEMO heeft meegekregen, zal continu elektriciteit gaan leveren aan het net.

Maar voor het zover is zijn we decennia verder. Ondanks de voordelen -kernfusie is veiliger en schoner dan kernsplijting en van de brandstof (deuterium en lithium, dat in de reactor wordt omgezet in tritium) is voor miljoenen jaren genoeg- heeft energiewinning uit kernfusie een flinke achterstand ten opzichte van kernsplijting. Terwijl wereldwijd inmiddels meer dan vierhonderd splijtingscentrales in werking zijn, moet het eerste echte prototype van de fusiereactor dus nog gebouwd worden.

Die achterstand hangt samen met de extreme omstandigheden die nodig zijn voor kernfusie. In een reactor wordt fusie pas echt rendabel bij temperaturen boven de 150 miljoen graden, tien maal zo warm als in het centrum van de zon. In een plasma (geïoniseerd gas) van deuterium en tritium met deze onwaarschijnlijk hoge temperatuur, worden deze varianten van waterstof omgezet in supersnelle heliumkernen en neutronen. Met energie van deze reactieproducten kan vervolgens elektriciteit worden opgewekt, al zal dit in ITER nog niet gebeuren.

Al deze rondvliegende supersnelle heliumkernen en neutronen vormen een flinke uitdaging voor de diagnostici: aan de ene kant leveren ze informatie over de omstandigheden in de reactor, maar anderzijds bevatten ze zoveel energie dat ze gemakkelijk de gevoelige detectieapparatuur beschadigen. Daarnaast wordt in de reactor radioactief tritium gemaakt. Dit element vervalt relatief snel tot helium (halfwaardetijd: 12 jaar), maar mag desondanks absoluut niet weglekken uit de reactor. Voor elk meetapparaat is daarom een dubbele vacuümwand nodig die een eventuele hogedrukgolf kan weerstaan. Vanwege het stralingsgevaar moeten alle componenten vervangen kunnen worden met robots; iets waar in de ontwerpfase al rekening mee moet worden gehouden.

Uit voorzorg tegen de schadelijke neutronen staat geen van de vensters in de reactor via een directe gezichtslijn in verbinding met de buitenwereld, vertelt Donné in zijn intreerede. "Signalen van en naar het plasma worden via ingewikkelde labyrinten door de diagnostische poorten geleid. Dit is om te voorkomen dat neutronen door de openingen naar buiten stromen en daar kunnen leiden tot activering van de machine."

Toch is het van essentieel belang -zeker in een testreactor waarbij nog veel geleerd moet worden over hoe het fusieplasma zich in de praktijk gedraagt- om goed te kunnen meten wat zich in het binnenste van de reactor afspeelt en de fusiereactie 'realtime' bij te sturen, bijvoorbeeld door de magneetvelden aan te passen. Volgens Donné voldoen voor ITER in de meeste gevallen aangepaste varianten van meetmethoden die al zijn gebruikt in eerdere, kleinere reactors, zoals de JET en MAST in Culham, Engeland. "Maar voor sommige metingen, bijvoorbeeld aan alfadeeltjes (de heliumkernen, TJ), zullen we nieuwe technieken moeten ontwikkelen."

Al met al geen gemakkelijke opgave. Ook niet voor Walsh, die vanuit Cadarache leiding geeft aan het coördinerende team dat alle decentrale activiteiten bij de partners in de VS, Europa, Rusland, Japan, Korea, India en China tot een geheel moet smeden. "Je moet bedenken dat, hoewel we het eerste plasma hopen te maken in 2019, het centrale deel van het apparaat al in de komende jaren wordt geïnstalleerd. Daarna kun je niet zomaar nog iets aanpassen. De relevante specificaties moeten daarom volledig dichtgetimmerd zijn; ook vanwege de onderlinge afhankelijkheid tussen de verschillende projecten, bijna vijftig alleen al op het gebied van diagnostiek. We werken daarom met een speciale database, een CAD-ontwerp dat wereldwijd wordt bijgewerkt en door alle partners kan worden geraadpleegd zonder dat je daarvoor telkens een vergadering moet beleggen."

Toen Walsh nog in Culham werkte, had hij met Tony Donné en Niek Lopes Cardozo (tegenwoordig voltijd hoogleraar aan de TU/e) een regeling om studenten van de TU/e en FOM-Rijnhuizen mee te laten werken aan de fusieprojecten. Walsh: "Dat werkte destijds heel goed en ook voor ITER geldt dat we altijd de beste mensen kunnen gebruiken." Ook voor studenten zijn er de komende jaren nog veel uitdagende projecten, zegt hij. "En daarvoor hoef je niet naar Cadarache te verhuizen. Het meeste werk aan ITER wordt 'off site' gedaan." (TJ)