Voordat kernfusie het energieprobleem oplost, zijn er nog veel drempels te nemen. Joost Bolder studeerde af op het regelen van een spiegel die elektronen de juiste richting door de ITER-reactor stuurt. Hij pleit voor betere integratie van regeltechniek tijdens de ontwikkeling van de reactor.

De ITER-reactor die momenteel in Frankrijk wordt gebouwd, is een donutvormige reactor (type ‘tokamak’) met daarin een plasma van zo’n tien miljoen graden Celsius. In die hitte fuseren deuteriumkernen tot heliumkernen, waarbij energie vrijkomt.

Magnetische velden zorgen ervoor dat het kolkende plasma de reactorwanden niet raakt. Om het plasma te beïnvloeden wordt onder andere een spiegel gebruikt, die elektronen in de juiste richting door het plasma stuurt. De spiegel moet zijn hoek voortdurend aanpassen aan de staat van het plasma.

Het plasma vertoont verschillende instabiliteiten, waaronder een zaagtandinstabiliteit: het midden van het plasma warmt langzaam op, tot die hete kern zich plotseling snel mengt met de koudere ringen eromheen. De buitenste plasmaringen worden zo warmer, terwijl het midden tijdelijk afkoelt.

“Dat omklapmoment, oftewel de crash, is bruikbaar om het fusieproduct af te voeren”, zegt Bolder, student Werktuigbouwkunde. “Met de spiegel zou je dan wel precies moeten regelen wanneer de crash plaatsvindt. Regeltechnisch gezien blijkt de spiegel de bottleneck van het systeem: als hij niet snel kan bewegen, loopt hij achter de feiten aan.”

Bolder werkte met een regeltechnisch model dat beschrijft hoe een beweging van de spiegel uitwerkt op het gedrag van het plasma. “De bestaande natuurkundige modellen waren veel te complex; de simulatie van een paar seconden vereist snel een dag rekenwerk. Dat is te langzaam voor een regelaarontwerp.”

Zijn eigen (adaptieve) regelaar is gebaseerd op bestaande meetgegevens van experimenten in een Duitse reactor (Textor). De regelaar kan de zaagtandcrash laten plaatsvinden op een gewenst moment, zonder dat dit kennis vereist van de natuurkundige werking van dat proces. “Soms hoef je niet te weten hoe iets werkt om het goed te regelen”, zegt Bolder. “Eigenlijk zou regeltechniek vanaf het begin deel moeten uitmaken van het ontwerpproces van de reactor. De natuurkundige wereld heeft echter een andere manier van denken. We hopen dat mijn paper de twee wetenschapsvelden dichter bij elkaar brengt.” (EV)

Joost Bolder. Fotomontage | Rien Meulman