Het is een gewaagd ontwerp: een twee-in-een-kernreactor die bestaat uit een thoriumreactor gecombineerd met een plasma waar kernfusie in plaatsvindt. Beide zijn technisch extreem complex. Toch stellen Russische wetenschappers in een wetenschappelijk artikel zo’n hybride concept voor.
Volgens de wetenschappers is hun hybride kernreactorconcept kleiner en (nog) veiliger dan de huidige reactoren. Ook beloven ze minder radioactief afval. Het concept is veelbelovend en ambitieus, maar staat wel in de kinderschoenen. Ze hebben het doorgerekend met computersimulaties; een concreet ontwerp is er echter nog niet.
Kernfusie als oplossing
De hybride reactor bestaat uit twee elementen. Het grootste gedeelte is een thoriumreactor. De huidige kernreactoren splijten uraniumatomen. De energie die daarbij vrijkomt, wordt omgezet in elektriciteit. In plaats van uranium kun je ook thorium gebruiken als splijtstof. Dat heeft als voordeel dat het afval minder lang radioactief blijft. Bovendien is er op aarde meer thorium dan uranium.
Het nadeel van het type thoriumreactor dat de onderzoekers beschrijven, is dat het lastig is om voldoende kerndeeltjes genaamd neutronen te produceren. Die zijn nodig om de kernreactie op gang te houden.
Om de thoriumreactie van extra neutronen te voorzien, is er een tweede onderdeel toegevoegd: een mini-kernfusiereactor. Die bevat een plasma van deuterium- en tritiumatomen. Deze atomen worden bestookt met energierijke deeltjes, waardoor de atoomkernen met hoge snelheid door elkaar gaan zoeven. Daardoor botsen deuterium en tritium op elkaar en fuseren ze tot heliumkernen. Bij die fusiereactie komen energierijke neutronen vrij.
‘Deze neutronen kunnen vrij door de wanden bewegen van de vacuümkamer waar het plasma wordt vastgehouden’, zegt hoogleraar Andrei Arzhannikov, hoofdonderzoeker van het Russische Budker-instituut voor kernfysica in Siberië, in een persbericht. ‘Zo kunnen ze het gebied binnendringen met de thoriumsplijtstof, om de splijting van zware thoriumkernen te ondersteunen.’
Nog complexer
‘Het is een logisch ontwerp’, zegt Ralph Hania van nucleair dienstverlener en onderzoeksinstituut NRG, niet betrokken bij het onderzoek. ‘Het is een thoriumreactor-plus, waarbij het plasma net dat beetje extra neutronen produceert dat nodig is om alle kernreacties op gang te houden.’
‘Toch heb ik er mijn bedenkingen bij’, vervolgt hij. ‘Het is voor ingenieurs al lastig om een reactor te ontwerpen met materialen die de hitte en de straling van thoriumsplijtingsreacties aankunnen. Als je dat wilt combineren met een heet en sterk stralend plasma, maak je een complex ontwerp nog complexer. Dat leidt vaak tot nieuwe en onvoorziene problemen.’
Het plasma is bijvoorbeeld heet en moet gevangen gehouden worden in magneetvelden. Daarnaast kunnen de rondvliegende neutronen veel schade veroorzaken als ze in het materiaal van de wanden terechtkomen.
Minder hoge eisen
De onderzoekers zijn zelf hoopvol. Ze schrijven dat de techniek mogelijk is doordat hun fusieplasma aan minder hoge eisen hoeft te voldoen dan bij een reactor die puur op fusie is gericht. Onderzoek van ingenieurs zal moeten uitwijzen of het plan inderdaad haalbaar is.