Machines MHD

Deze machines die ons zullen redden
of vernietigen

11 juni 2006

Ik wil u een verhaal vertellen dat zich nu juist voor onze ogen afspeelt. Iets is net geboren, heeft zijn eerste schreeuw uitgebracht in de ingewanden van de Z-machine van Sandia, een laboratorium in New Mexico. Het kind kwam in mei 2005 plotseling uit het niets.

Vijftig jaar lang hebben mensen achter het mirage van fusie aangetrokken. Terwijl de duivel van splijting relatief makkelijk was onder controle te krijgen; begin jaren veertig, toen de eerste atoombom ontstond die in Alamogordo, Verenigde Staten, ontplofte.

De ontploffing van de eerste atoombom in Alamogordo

Het tweede kind van de mens, het Prometheuskind, kwam pas als kind van het eerste tot leven. Zodra mensen wisten dat ze de fantastische energie die zich in de materie zelf verborg konden vrijmaken, dachten ze aan reacties die niet op splijting, maar op fusie waren gebaseerd.

Aanvankelijk waren de "atoomkundigen", zoals ze later werden genoemd, gewoon chemici (zoals de ontdekker van het atoom, de Nieuw-Zeelander Ernest Rutherford). Voor een chemicus is splijting niets anders dan een dissociatiereactie, sterk exo-energetisch, die een zelfkatalytisch proces in gang zet.

Uranium-235 wil alleen maar uiteenbreken in stukjes van vergelijkbare massa, terwijl het tegelijkertijd een paar neutronen vrijmaakt. Deze neutronen raken de naburige kernen en veroorzaken de "kettingreactie", mits de hoeveelheid atomen voldoende groot is om te zorgen dat deze neutronen met een ander uranium-235-kern kunnen botsen. In plaats van kritische massa zou men beter kritisch volume moeten zeggen. Zie

http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm

Na de exploitatie van de onstabiele uranium-235, die in natuurlijk uranium-238 slechts in sporen voorkomt (0,7 %), exploiteerden mensen ook het plutonium-239, een element dat in de natuur niet bestond maar kon worden gemaakt door uranium-238 te "dopen" met een "snel neutron" dat vrijkwam bij de splijting van uranium-235. Plutonium is eveneens splijtbaar, heeft een kritische massa en is geschikt voor bommen. Deze tweede bom werd in Nagasaki, Japan, "geexperimenteerd".

Met het oog van een chemicus leek fusie veel meer op de alledaagse chemische reacties die we kenden. Aan de linkerkant de "reactieproducten", aan de rechterkant het resultaat van de reactie. Schematisch:

A gecombineerd met B geeft C plus energie

De fusiereactie die zich bij de laagste temperatuur afspeelt, is die waarbij twee isotopen van waterstof betrokken zijn: deuterium en tritium (die samen "zwaar waterstof" vormen), het tweede met het nadeel dat het onstabiel is, "radioactief" (leefduur: 12 jaar). Deze temperatuur bedraagt honderd miljoen graden. De Amerikanen probeerden deze reactie te activeren door de röntgenstralen te gebruiken die ontstaan bij de ontploffing van een splijtbom, door simpelweg een mengsel van deuterium-tritium "naast" een splijtbom "A" te plaatsen. Deze experimenten kregen de naam "Greenhouse", de "serre". Het probleem was dat waterstof in een gecondenseerde, vloeibare vorm moest worden gebracht, dus bij zeer lage temperatuur. Met een uitgebreide cryogeeninstallatie was deze eerste "waterstofbom" dus niet operationeel.

Er bestond een tweede reactie die gebruik kon maken van een explosief in vaste vorm: lithiumhydride (LiH). Maar de temperatuur die daarvoor nodig was, was vijf keer hoger: 500 miljoen graden in plaats van honderd. In Rusland had de jonge Andrej Sakharov het idee om de (kleine) splijtbom in het midden te plaatsen van een ellipsoïde die de vorm had van een langwerpig ei, met een holle schaal die fungeerde als reflector voor röntgenstralen. Alle optici van de wereld wisten dit al eeuwenlang. Door een stralingsbron in het eerste brandpunt van deze ellipsoïdale reflector te plaatsen, concentreert die straling in het tweede brandpunt. Het was dus voldoende om het einde van een lithiumhydride-lading, gevormd als een "suikerbroodje", daar te plaatsen.

&&&

Montage van Sakharov-Teller-Ulam

In de Verenigde Staten hadden twee jonge joodse onderzoekers, de ene afkomstig uit Oekraïne, Stanislaw Ulam:

Stanislaw Ulam

de andere van Hongaarse nationaliteit, Edward Teller, op hetzelfde moment hetzelfde idee dat de anglo-saxen "technically sweet" noemden.

Edward Teller in 1958, die diende als model voor het personage van "Dr. Strangelove"

en die de waterstofbom informeel "my baby" (mijn baby) noemde

(we vermelden dit ter informatie: de soms twijfelachtige humor van sommige wetenschappers die boeken schreven over de geboorte van dergelijke wapens; een van hen, Antoine Schwerer, gaf zijn boek uit 1990 de titel "Auprès de ma bombe" (Bij mijn bom))

Antoine Schwerer: "Auprès de ma bombe" ...

De Amerikanen kozen ervoor om eerst de waterstofbom te testen, die werkte bij 100 miljoen graden, met een mengsel van deuterium-tritium. Maar tot ieders verbazing sprongen de Sovjets deze stap over, dankzij de berekeningen van Andrej Sakharov, en voerden de eerste "droge bom" uit, waarvan de lading in vaste vorm was: lithiumhydride. Een bom die dus direct operationeel was. Deze plotselinge vooruitgang van de krachten van het "Oostblok" gaf het signaal om een absoluut waanzinnige wapenwedloop te starten.

Op dit punt moet de lezer zich voor de geest houden dat dit "mirakelmengsel" lithium-6 + waterstof-1 twee helium-4-kernen produceert en... geen neutronen. Deze "waterstofbom" is dus "niet-vervuilend". Helaas, als mensen ooit de gevolgen ervan zouden ondervinden, zullen ze waarschijnlijk niet veel tijd hebben om daar van te genieten. Als waterstofbomben zo "vervuilend" zijn, is dat voornamelijk te wijten aan de splijtlaag die als ontsteker fungeert en aan de "activatie" van de reflector in "verarmd uranium", bestaande uit uranium-238. Dit absorbeert een neutron dat vrijkomt bij de fusiereactie en verandert in plutonium-239, dat op zijn beurt splijt. Zo ontstaat het verschrikkelijkste wapen dat ooit uit de verbeelding van mensen is voortgekomen: de "FFF-bom" (splijting-fusie-splijting), de meest radioactief afval producerende.

Terwijl militairen zich inzetten voor het ontwikkelen van hun bommen, probeerden burgers een mengsel van deuterium-tritium in toroïdale vorm te ontsteken, in zogenaamde "tokamaks", uitgevonden door de Rus Artsimovitsj (die Russen zijn echt verdomd creatief, beslist...).

De meeste lezers kennen nu het schema van dergelijke machines waarbij het gasvormige mengsel, op zeer hoge temperatuur gebracht, "magnetisch geconfinieerd" wordt, dat wil zeggen in het hart van een spoel die de vorm heeft van een torus (of tegenwoordig nauwkeuriger de vorm van de letter "D", draaiend rond een as). Deze gedachte is het hart van deze ingenieurskathedraal met de naam ITER.

De machine ITER

Op de afbeelding hierboven is in doorsnede te zien deze gesloten, rotatie-symmetrische ruimte, omgeven door haar perifere apparatuur. Deze machine zal op het Franse terrein van Cadarache opvolgen van een vergelijkbare machine, "Tore-Supra", die een kwart eeuw eerder was begonnen:

Tore Supra

Binnenkant van Tore-Supra

De eerste Franse machine, waarvan de bouw vijftig jaar geleden begon, hield haar beloften niet. Op het schema hierboven is echter zichtbaar hoeveel gadgets er zijn om het plasma op hoge temperatuur te brengen en verschillende manieren om energie in deze toroïdale ruimte te injecteren (microgolven, "neutrale bundels", enz.). Het eerste tastbare resultaat werd uiteindelijk behaald op een Engelse machine in Culham, de "JET" (Joint European Torus).

De Engelse machine JET, 12 meter hoog

Het volume van het geconfinieerde plasma ligt tussen de 80 en 100 kubieke meter. In 1997 werkte de tokamak van Culham gedurende... één seconde.

Het binnenste van de JET

Dit resultaat, dat als "zeer bemoedigend" werd beschouwd, bracht onderzoekers en ingenieurs ertoe om het "volgende stadium" te bereiken door het ITER-project voor te stellen, met nog grotere afmetingen.

Waarom deze race naar gigantisme?

Een dergelijk plasma koelt zich uit via straling. De buitenkant is stralend, daar vindt de warmteverliezen plaats. Deze stijgt evenredig met het oppervlak van het plasma, dus met het kwadraat van de karakteristieke afmeting van de machine, laten we zeggen haar diameter, terwijl de hoeveelheid energie die in datzelfde plasma zit, evenredig is met het volume, dus met het kubieke van de diameter. Als een dergelijke machine neigt tot radiatief afkoelen, zal het vergroten van de afmetingen dit effect minimaliseren.

Ten slotte... alles is relatief. De JET werkte slechts een fractie van een seconde, en stierf uit als een oude ketel, simpelweg door radiatief afkoelen. Maar waarom neemt dit fenomeen zo snel de overhand boven de energie die vrijkomt bij de fusie zelf? Omdat het wandconfinement, toevertrouwd aan het magnetisch veld, slechts onvolmaakt is. Snelle deeltjes komen "door de netten heen" en raken de vaste wanden van de machine. Hierbij trekken ze kernen uit deze vaste omhulsel, waaronder metalen kernen, die direct ioniseren en zich mengen met het fusieplasma. Daar interageren deze kernen met de vrije elektronen via Bremstrahlung, "remstraling". Ze dwingen de lichte elektronen af te wijken van hun baan en veroorzaken straling. Het "elektronengas" koelt af. Hierdoor koelt het mengsel van deuterium-tritium ook af. Zodra de temperatuur onder de fatale honderd miljoen graden daalt, stikt de machine en gaat uit, simpelweg. Dit fenomeen is des te vervelender omdat het radiatief afkoelen evenredig is met het kwadraat van de lading van de zware ionen die uit de wand worden losgerukt.

De JET stierf op deze manier uit, na één seconde werking. ITER zal hetzelfde doen. Het is ontworpen voor vijf minuten werking, maar alles wijst erop dat dit niet meer dan een tiental seconden zal zijn. Op dit moment bestaat er geen operationeel systeem dat kan voorkomen dat het fusieplasma wordt vervuild en dat de "ketel" radiatief afkoelt. De oplossingen die in de pers worden genoemd, staan nog in de voorwaardelijke zin. Deze technische schema's zijn trouwens niet binnen bereik van een gewone lezer. Het gesprek kan samengevat worden als:

• Mensen hebben energie nodig. Kernenergie levert die, met uitzondering van het probleem van radioactief afval dat erg vervelend is, dat geven we toe. Fusie is de toekomst. Maar de weg zal lang zijn. ITER zal pas over twintig jaar op volle kracht werken, en dan...

En dan? Zullen we gratis kunnen afbreken? Zullen we dan al een manier hebben gevonden om het monster van zijn aangeboren tekortkomingen te genezen? Zal de temperatuur zich kunnen handhaven gedurende de geplande tijd, of zullen we dan horen dat "voor het werken een nog grotere machine nodig was", met een nieuwe oproep aan de belastingbetalers? En wat doen we met de bijbehorende structuren die worden aangevallen door een krachtige bombardement van neutronen met een energie van 14 megaelektronvolt? Hoe kunnen we voorspellen hoeveel mechanische houdbaarheid de enorme supergeleidende magneet heeft, waarvan de Nobelprijswinnaar Gilles de Gennes de kwetsbaarheid had aangegeven, tegenover dit onvermijdelijke bombardement? Wat zou er gebeuren als deze mechanische houdbaarheid plotseling zou worden aangetast, waardoor het object een fantastische explosief wordt dat een aanzienlijke hoeveelheid radioactief tritium in de natuur verspreidt?

U zult deze vragen nergens tegenkomen, simpelweg omdat ITER niet is ontworpen om lang te werken, lang genoeg om het supergeleidende magnetisch systeem niet te laten verslechteren. Als we over 25 jaar naar "super-ITER" gaan, dan is het nog tijd genoeg om ons zorgen te maken over dit... nieuwe probleem.

Zoals doctor Pangloss zou zeggen: wat is de voldoende reden voor zo'n fabelachtige projecten? We houden eraan vast omdat de energiebehoeften van de planeet onverzadigbaar lijken. Hun groei is verbluffend, exponentieel. Olie raakt uitgeput. Sommige landen, zoals de Verenigde Staten, hebben grote voorraden... kolen, maar die hebben dan het blauwe lint van vervuiling. Na Charybdis, Scylla.

"Alternatieve oplossingen" lijken niet voldoende, zoals windenergie, zonne-energie, getijdenenergie, geothermische energie. De terugverdienst lijkt niet voldoende in verhouding tot de behoeften van de mensen. Daarom lijkt kernenergie "het minste kwaad". Zo staat het bij Claude Allègre, onze voormalige minister, een moderne technologische Pangloss, die beweert dat "alles het beste is in het beste mogelijke kernenergie".

"Decroissance" is een oplossing voor rijke landen. Het is niet door te rijden op koolzaadolie, met 25-wattlampen te verlichten, met de fiets te gaan en het badwater te verwarmen met zonnepanelen, en onze toiletten uit te rusten met dubbele vullingsystemen, dat we ons kunnen verheffen tot de wereldwijde behoeften. Het begint met een goede intentie, maar van welke kant je het ook bekijkt: het is onvoldoende, een droom voor rijke kinderen.

De situatie lijkt zo kritiek te zijn dat veel landen overwegen om over te stappen op kernenergie (een situatie die zoveel Franse functionarissen trots maakt). De race naar fusie via machines die zo problematisch zijn als ITER onthult het omvang van de onrust. Zo diep is het dat men zelfs filialen overweegt waarvan niet duidelijk is wanneer ze rentabel zullen zijn, of ze ooit zullen zijn. Maar tot de lente van 2005 was het standaardantwoord altijd:

• Hebben jullie iets anders te bieden?

Kernenergie op een andere manier. Onvervuilende fusie, vrij van radioactiviteit.

Het volledige kernenergiebeeld is een angstaanjagend perspectief. Het impliceert het begraven van duizenden tonnen gevaarlijke radioactieve afvalproducten met een levensduur... oneindig in de schaal van onze korte menselijke bestaan. Sinds de ongevallen van Three Mile Island en Tsjernobyl weten we dat kernreactoren gevaarlijk zijn, dat ze enorme gebieden kunnen vervuilen waar kinderen met afwijkingen worden geboren, waar grote groepen mensen kanker ontwikkelen. Waar vinden we die magische energiebron die de natuur ons in overvloed biedt en die ons milieu niet verontreinigt, onze bestaan niet in gevaar brengt?

Zo verbazingwekkend als het is, bestaan deze oplossingen al een halve eeuw. De eerste daarvan is precies de basis van wat we "waterstofbom" noemen: de lithium-waterstofroute. Herinneren we ons de fusiereactie:

Lithium-7 + waterstof-1 → twee helium-4-kernen en... geen neutronen

Enige nadeel: een temperatuur van 500 miljoen graden is nodig, vijf keer hoger dan de temperatuur die we in Culham gedurende één seconde hebben bereikt. Er is nog een andere:

Bor-11 + waterstof-1 → drie helium-4-kernen en... geen neutronen

Deze keer moet het mengsel worden opgeheven tot de verbluffende temperatuur van duizend miljoen Kelvin, een miljard graden! Twee keer de temperatuur die heerst in een ontplofte waterstofbom, vijftig keer de temperatuur die heerst... in het hart van de zon.

Ja, veel lezers weten dit niet, sterren hebben geen record van temperatuur. Waarom? Omdat als de temperatuur van de zon honderd miljoen graden zou bereiken, of nog hoger, het geen rustige ketel meer zou zijn, een kookpot die langzaam pruttelt, maar een... bom. Zeer hoge temperaturen vinden we in het heelal in "supernova's", sterren die ontploffen. Na een relatief rustige werking, met temperaturen dicht bij de hierboven genoemde, storten ze plotseling (in enkele dagen!) ineen door brandstofgebrek. Ze storten dan in op zichzelf als een gebakken eieren, meer bepaald op hun "as", in dit geval een ijzeren kern waarvan de atomen, gevormd door fusiereacties, simpelweg door zwaartekracht naar beneden zijn gezakt.

De ster stort zichzelf met een snelheid van honderdduizenden kilometers per seconde in. Deze kinetische energie verandert abrupt in temperatuur en het is deze enorme energie die de zware elementen uit het periodiek systeem van Mendelejev produceert, de atomen waaruit wij, jij, ik, het lood van mijn potlood, het uranium van de reactor die nu de stroom voedt die mijn computer aandrijft, zijn samengesteld.

Het heelal heeft andere zeer exo-energetische bronnen: quasars. In dit geval verzamelt een massa waterstof, onstabiel gemaakt, zich in het centrum van een sterrenstelsel. De kinetische energie die deze atomen hebben gekregen, verandert in warmte en deze massa verandert dan in een fantastische waterstofbom, groter dan ons zonnestelsel, die een ogenblik lang evenveel energie uitstraalt als het hele sterrenstelsel. Door de magnetische veldlijnen van het sterrenstelsel te bundelen, verandert dit systeem in een enorme deeltjesversneller die dan kernen uitstraalt met relativistische snelheden, in twee tegenovergestelde stralen, gekoppeld aan dit gevormde "magnetisch dipool".

Behalve bij extreem extreme fenomenen is de temperatuur in het hart van onze waterstofbomben (500 miljoen graden) de hoogste die in het hele... zonnestelsel heerst, zelfs op een aanzienlijke afstand in lichtjaren. We kunnen daar met recht trots op zijn.

In mei 2005 werd dit record plotseling, volkomen onverwacht, gebroken. We moeten dit pad heroverwegen dat uitmondt in een ontdekking die ik zo belangrijk acht als... de ontdekking van het vuur, gegeven de implicaties die ze onvermijdelijk zal hebben.

Laten we samenvatten. Wat is een tokamak, wat is de machine van Culham, wat is ITER?

Het zijn ketels, werkend in continuïteit, met alle nadeelen die dat met zich meebrengt.

ITER is de stoommachine van het derde millennium.

Hoe werkt een stoommachine?

Neem het voorbeeld van een locomotief. Er is eerst een warmtebron, in dit geval steenkool. Die verbrandt door te reageren met zuurstof uit de lucht. We hebben dan een

warmtewisselaar

, bestaande uit een uitgebreid netwerk van buizen waarin stoom circuleert in een gesloten circuit. De verbrandingsgassen verwarmen deze stoom en vormen de "warmtebron" van dit systeem. Hoogte temperatuur betekent hoge druk. Deze stoom wordt naar cilinders gestuurd waarin ze "werken", een energie leveren, hier mechanisch. Als deze stoommachine gekoppeld zou zijn aan een generator, zou ze elektriciteit produceren.

In modernere thermische centrales verbrandt men olie of steenkool (beide zijn koolwaterstoffen, afkomstig van de economie die het wereldwijde vegetatie over eeuwen heeft opgebouwd). We hebben het systeem van zuigers achterwege gelaten en overstapten op de gasturbine, die een betere rendement heeft. U zult merken dat we precies dezelfde weg zijn gevolgd in de luchtvaart, waar onze moderne "reactiemotoren" zijn gebaseerd op het principe van de turbine. We hebben het oude systeem van zuigermotoren, die schroeven aandrijven, achterwege gelaten. Maar wat drijven deze turbines in onze Airbus? Geavanceerde schroeven met een beter rendement, die "scoop" worden genoemd. De volgende keer dat u een vliegtuig neemt, kijk dan eens naar deze ingewikkelde propulsoren.

ITER zal niets anders zijn dan een thermische centrale van een andere soort. Energiebron: fusie, met nadelen, afval, activatie van structuren, risico's, allerlei problemen, hoge exploitatiekosten. Weer een warmtewisselaar die... stoom levert die een gasturbine aandrijft, die zelf gekoppeld is aan een generator. Afgezien van de energiebron is dit technisch wetenschap van het eind van de industriële revolutie.

Waarom zijn onze auto's niet rechtstreeks ontworpen op stoommachines? U zult merken dat het eerste automobiele voertuig dat bestond,

de wagen van Cugnot

, een automobiele stoommachine was.

De wagen van Cugnot (2 km/u in 1771)

Een fardier is een voertuig met lage wielen, bedoeld om zware lasten te vervoeren. Het doel was al militair (alweer!), het idee van Cugnot was het vervoer van kanonnen te waarborgen. Als u de avonturen van deze ontdekking leest, kent u tegelijkertijd zonder slechte bedoelingen de toekomst van ITER, door eenvoudige transpositie.

De eerste luchtvaart ter wereld is in principe gebaseerd op een apparaat dat door de Franse Clément Ader werd uitgevonden, "L'Eole", dat momenteel zichtbaar is in het Conservatoire des Arts et Métiers in Parijs.

L'Eole van Clément Ader (1890)

Ader liet zich inspireren door de vleugels van de vleermuis. In het midden van het romp ziet men waar de piloot zat, op de vloer van het apparaat, die de machine bediende met een handgreep die de twee schroeven aandreef, wat zijn uitvinder direct "vliegtuig" noemde (het woord komt van daar). Een van de apparaten die Ader bouwde, zou op een hoogte van 20 centimeter zijn opgestegen over een afstand van vijftig meter. Deze onderzoeken werden gefinancierd door het leger (weer!). Het feit dat deze resultaten, geclassificeerd als "geheim defensie", pas in 1990, een eeuw later (wanneer de archieven van Satory in het publieke domein vielen), werden vrijgegeven, maakte het moeilijk voor de Fransen om een prioriteit te claimen ten opzichte van het succes van de broers Wright, wat betreft de eerste vlucht van iets zwaarder dan lucht.

Duidelijk functioneren onze auto's niet op stoom. Er moet wel een voldoende reden zijn voor deze evolutie. Wat is er gebeurd?

De explosiemotor heeft simpelweg de motor met "continue thermogeneratie" verdrongen. Het woord "explosie" is trouwens onjuist, tenzij men een zeer snelle verbranding als explosie beschouwt. In "explosiemotoren" probeert men juist te voorkomen dat "ontploffingsgolven" ontstaan door aan benzine "anti-ontploffingsstoffen" toe te voegen.

In deze motoren met zeer snelle verbranding geeft het brandstof, gemengd met lucht, zijn energie zo snel mogelijk en bij een relatief hoge temperatuur, die pas aan het eind van de compressie wordt bereikt. Een koelsysteem en waterkoeling zorgen ervoor dat het geheel een voldoende lage temperatuur behoudt om een goede mechanische stabiliteit te behouden. Bij benzinemotoren wordt de verbranding ingeleid door een vonk van een kaars. Bij dieselmotoren is de temperatuur aan het eind van de compressie voldoende om het brandstof-lucht-mengsel zelfstandig te laten ontbranden.

Het mengsel verbrandt. Zijn temperatuur en druk stijgen. Dit duwt een zuiger, zet een vliegwiel in beweging, levert energie, of het nu gaat om de aandrijving van een voertuig of de productie van elektriciteit (een generator). Een deel van de energie wordt opgeslagen in een vliegwiel en dient om de volgende compressie te garanderen. We krijgen het schema:

• Inlaat van het brandstofmengsel (diesel) en oxidator (lucht), dus het "reactiemengsel"
• Compressie
• Uitbreiding en energieproductie
• Tijdelijk extra tijd voor het afvoeren van de verbrandingsproducten, altijd met behulp van de energie opgeslagen in het vliegwiel.

Wat bezighouden wetenschappers die geïnteresseerd zijn in "impulsieve fusie" (in tegenstelling tot continue fusie, zoals bij machines als ITER)?

Ze werken aan een "twee-tijd (of vier-tijd) fusiemotor".

Principe:

1 - Inlaat van het reactiemengsel
2 - Compressie (elektromagnetisch, de energie wordt geleverd door een systeem dat elektrische energie kan opslaan)
3 - Fusie, met energie-ontwikkeling
4 - Uitbreiding van de reactieproducten, simpelweg door temperatuur- en drukverhoging
5 - Energiegebruik via een MHD-inductiegenerator
6 - Ten slotte herinitialisatie van het systeem, wat betekent dat een deel van de opgewekte elektrische energie moet worden opgeslagen, de reactieproducten moeten worden afgevoerd en het exo-energetische mengsel opnieuw geplaatst.

In dit schema waren al veel elementen lang bekend. Precies sinds de jaren vijftig. De fase 5 bijvoorbeeld. Wat is een "MHD-inductiegenerator"? Het is een eenvoudige spoel waarin een magnetisch veld B heerst. De fusie produceert een plasma op zeer hoge temperatuur. 100 miljoen graden als de machine werkt met een mengsel van deuterium-tritium (isotopen van waterstof, waarvan één radioactief is met een periode van 12 jaar en het nadeel heeft dat neutronen van 14 MeV produceren, wat de activatie van structuren veroorzaakt). 500 miljoen graden als men werkt met lithium-waterstofmengsel (licht). Een miljard graden als men werkt met bor-waterstofmengsel (licht).

Tot de lente van 2005 leken deze laatste twee temperaturen fictie, of zoals een vliegtuigwereldjournalist vaak zei, "technologisch waanzin" met onzeker wetenschappelijk inzicht.

In alle drie gevallen creëert men een heliumplasma, waarvan de kernen elektrisch geladen zijn. Dit plasma is volledig geïoniseerd. Met een "wetenschappelijk woord" zeggen we dat dit plasma werkt met een "zeer hoog magnetisch Reynolds-getal".

In tokamaks is hetzelfde het geval. In dat geval was het magnetisch veld ontworpen en dimensioneerd om met succes te kunnen bestrijden de uitbreiding, de diffusie van het plasma door zijn eigen druk. Hier is het magnetisch veld "de verliezer" en "geeft terrein". Het fusieplasma kan zich ontspannen en afkoelen, zodanig dat aan het eind van deze expansie helium zich ontladen zal. De "compressie van het magnetisch veld" is in de solenoïde gelijk aan de geïnduceerde stroom, en het is in die vorm dat de elektrische energie die door de machine wordt geproduceerd zich manifesteert. We kunnen de resterende warmte, met een minimale bijdrage, gebruiken via een "thermische machine". Uiteindelijk kunnen we het reactieproduct gebruiken om luchtballonnen te vullen, die het voordeel hebben dat ze niet ontvlambaar zijn. Helium, dat voor de ontwikkeling van deze techniek een hyperduur product was (voornamelijk geproduceerd in de VS uit gesteente), zou dan een groot aantal technologische toepassingen vinden. Het is een licht gas. Samengeperst, zou het kunnen fungeren als een niet-explosieve energieopslag voor aandrijving. Met een hoge warmtegeleidingsvermogen zou het talloze technologische, zelfs huishoudelijke toepassingen vinden. Helium heeft de voordelen van waterstof, zonder de gevaarlijkheid ervan.

In een tokamak gedraagt het magnetisch veld zich als "een onzichtbare ruimte die het plasma beperkt". In een inductiegenerator speelt hetzelfde magnetische veld de rol van een "onzichtbare zuiger", waarbij het geheel een elektrische generator vormt die wisselstroom levert, zonder bewegende onderdelen, met een uitstekend rendement (90 %).

Dit is slechts een bewustmakingartikel, en ik zal niet ingaan op technische details, wat me zou dwingen tot een volledige inleiding in plasmafysica en MHD (een discipline die in Frankrijk al 30 jaar is verwaarloosd, zoals iedereen weet, zodat wanneer mensen die belast zijn met het proberen deze opnieuw op de rails te zetten naar Rusland gaan, een van de hoogtepunten van MHD op internationaal niveau, "weten ze niet welke vragen ze moeten stellen").

In een industriële installatie denkt men direct aan condensatoren als energieopslagsysteem. Dat is het systeem dat de basis vormt voor

de Z-machine van Sandia

.

De Z-machine van Sandia, New Mexico

Diameter: 33 meter. Werkt als een "elektromagnetische pers". Detail: deze machine was oorspronkelijk absoluut niet ontworpen als energiegenerator, noch als machine waarin zeer hoge temperaturen werden gezocht die zouden leiden tot een korte, inertiaal gefuseerde fusie aan het eind van de compressie. Deze machine had een puur militair doel. Ze was ontworpen als een generator van zeer krachtige röntgenstralen.

Waarom? Omdat anti-missielwapens voornamelijk atoombommen zijn die in de hogere atmosfeer worden ontploft, op de balistische baan van de kernkoppen van de "aanvaller". Bij ontploffing spugen deze bommen 80 % van hun energie uit in de vorm van röntgenstralen. Men hoopt dan dat deze stralen sterk genoeg zijn om de navigatie- en ontstekingsystemen van de koppen te beschadigen. Omgekeerd probeert men "gehard" koppen te maken, voorzien van een schild dat hen in staat stelt om dit intense röntgenstralingsveld te weerstaan. De specificatie van de mensen van Sandia was dus als volgt:

• Maak ons een zo krachtige röntgenbron mogelijk, die uitstraalt in een ruimte groot genoeg om apparatuur, inclusief volledige kernkoppen, er dichtbij te plaatsen, zodat hun weerstand tegen anti-missielwapens kan worden beoordeeld.

Hoe maak je röntgenstraling? Historisch gezien laadt men een katode op om elektronen uit te zenden die vervolgens worden versneld tot een snelheid waardoor ze, bij het treffen van een anode, de atomen daarvan exciteren en dit soort straling uitstralen. Maar dergelijke systemen zouden onvoldoende kracht leveren om deze straling te gebruiken voor het testen van kernkoppen. De mensen van Sandia overwogen daarom om metalen elementen te comprimeren, zodat de bereikte temperatuur ervoor zorgt dat ze röntgenstraling uitstralen.

De eerste proeven zijn bevredigend. De machine geeft stralingspulsen af die de militairen tevredenstellen. In 1998 wordt een temperatuur van 1,6 miljoen graden bereikt. Zie:

http://www.sandia.gov/media/z290.htm

Uit de communicatie van Sandia Labs, 1998: 1,6 miljoen graden!

Als je het artikel leest, zie je dat de auteurs benadrukken dat er een zeer hoge stralingskracht wordt uitgezonden in het röntgenbereik. Bovendien stijgt de temperatuur van de doelwit tot 2,2 miljoen graden, maar gemiddeld ligt het rond de 1,6 miljoen kelvin. Er wordt een beetje gesproken over fusie, maar niet echt serieus. In feite is dit niet de eerste keer dat onderzoekers proberen hoge temperaturen te bereiken door een cirkelvormig doelwit ineen te laten storten. Klassiek gebruikt men een cilindrisch stuk metaal, een zogenaamde "liner". Ik heb vandaag niet de tijd om uitgebreid in te gaan op deze aanpak waarbij de Russen een belangrijke rol speelden, gevolgd door het team van Fowler in Los Alamos. Tot nu toe gebruikten zij echter een continue liner. Het doel was om een zeer hoge stroomsterkte – eerst in miljoenen ampères, later in tientallen miljoenen ampères (20 miljoen ampères in de Z-machine) – door deze dunne cilinder te laten lopen. Deze stroomplaat creëert een magnetisch veld dat op het materiaal zelf reageert via een systeem van radiale, naar binnen gerichte krachten, waardoor het materiaal naar zijn as wordt getrokken. Maar deze stroomplaat is gevoelig voor instabiliteit. Gevolg: de cilinder imploseert niet op zijn as, maar... willekeurig. Vaak op een punt op 1 cm afstand van de as! (afmetingen van Russische liners: 6 cm diameter, 1 cm hoogte).

De onderzoekers van Sandia hebben de cilinder vervangen door een netwerk van zeer dunne draden die natuurlijk tijdens de operatie zullen verdampen en uiteindelijk een "plasma-venster" vormen. Maar de oorspronkelijke structuur zorgt voor een betere asymmetrie, dus een betere focus. De hoofdverantwoordelijke van het project, Deeney, droomt erover dat zijn machine op een dag temperaturen zal bereiken die vergelijkbaar zijn met die in tokamaks, vlakbij de honderd miljoen graden.

En dan komt de grote verrassing, het onverwachte. In mei 2005 verloopt de implosie van de "draadliner" zo goed dat de temperatuur aan het eind van de compressie de ... twee miljard graden overschrijdt! Een temperatuur die nog nooit eerder was bereikt, zelfs niet in de krachtigste thermonucleaire wapens. Wat is er veranderd? Deeney heeft de diameter van de liner een beetje vergroot: 8 cm in plaats van vijf. Bovendien zijn de honderden dunne wolframdraden vervangen door roestvrij staal.

Hier is de aankondigingspagina, afkomstig van het Sandia-laboratorium zelf en daterend van 8 maart 2006, die het prestatie aankondigt:

Men controleert, herhaalt de proef vele malen, meet opnieuw. Het resultaat is duidelijk: het is echt. Het gaat niet om een artefact of meetfout. De sensoren zijn talrijk en nauwkeurig. Bovendien blijkt de totale energie die in röntgenstraling wordt uitgezonden vier keer groter te zijn dan de kinetische energie die tijdens de 100 nanoseconden durende implosie aan de staven is meegegeven. Malcolm Haines, directeur van het Engelse Plasmafysica-laboratorium van Cambridge, ontvangt dit resultaat zonder enige censuur. De geleidelijke stijging van de temperatuur in de Z-machine had ervoor gezorgd dat niemand ooit aan een vertrouwelijkheidssysteem voor deze resultaten had gedacht. Het is toch maar een gewone machine om röntgenstraling te produceren voor het testen van raketkoppen, nietwaar?

Haines, een sympathieke wetenschapper uit het team die ik al sinds 1976 ken, schrijft een artikel dat hij stuurt naar Physical Review Letters, dat het publiceert op 24 februari 2006.

De tijdschrift publiceert het artikel zonder twijfel. Nou ja, in het Engels schrijft men "million" op dezelfde manier als in het Frans en "billion" krijg je door het m te vervangen door een b.

Enkele websites noemen deze vreemde nieuwsbrief:

Er is net in het laboratorium de hoogste temperatuur ooit bereikt.

Science et Vie en Science et Avenir herhalen dit nieuws op vijf regels, zonder er commentaar op te geven. Sinds drie maanden niets in de wetenschapswereld, niets in Pour la Science (dat slechts de Franse versie is van Scientific American, die ook niet lijkt te reageren op een dergelijke doorbraak). Niets in de Research. Het is een algemene radiozwijgen.

Er zijn meerdere redenen voor deze afwezige reactie.

• Veel mensen begrijpen niet het belang van dit buitengewone resultaat.

• De implicaties zijn erg ongemakkelijk voor de "nucleaire elite" (project Mégajoule en Iter). Ze betwisten volledig de dominante projecten. En juist deze nucleaire elite houdt de media-wetenschap in handen.

• De militaire implicaties worden pas achteraf door de projectleiders gezien. Niemand had het idee om dit resultaat onder het sluier van vertrouwelijkheid te houden. Maar het is te laat, "het katje is uit de zak", zoals de Anglo-Saxons zeggen.

Voor mij, en voor de specialisten – Frans of buitenlandse met wie ik contact heb gehad – is het duidelijk dat fusie aan het einde van de weg ligt. Het volstaat bijvoorbeeld een naaldje lithiumhydride in het midden van de "kooi" te plaatsen, of een dunne staafje vaste deutérium-tritium (die al lang bekend is), om zware experimenten te starten met een uitstoot van heliumkernen, makkelijk te detecteren.

Voor de mensheid is dit de onuitputtelijke energiebron, niet-vervuilend, niet-radioactief, de machine die binnen enkele jaren de hele organisatie en politiek van onze planeet kan veranderen.

Voor militairen is het de waterstofbom en de neutronenbom binnen bereik van zelfs de armste landen, de oncontroleerbare verspreiding van thermonucleaire wapens. Een machine zoals die van Sandia kost ongeveer een honderdste van de kosten van een tokamak als ITER.

De basisprincipes van MHD-machines