Het totale energieverbruik in de wereld blijft toenemen. Het grootste deel van die energie komt voort uit de verbranding van fossiele brandstoffen, wat leidt tot een enorme uitstoot aan broeikasgassen. Als alternatief kan kernfusie worden gebruikt om een schone, stabiele en duurzame energiebron te bouwen.

Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen tot een nieuw atoom. Hierbij wordt een deel van de massa omgezet in energie. Als dit proces gecontroleerd kan gebeuren, kan kernfusie een duurzame energiebron worden.

Een van de belangrijkste opties om de reactanten (de atoomkernen die met elkaar reageren) in een kernfusiereactie op te sluiten, is magnetische opsluiting. Omdat geen enkel materiaal de voor fusie benodigde temperaturen (tot 150 miljoen graden!) kan weerstaan, moet in de fusiereactor het plasma (wordt gevormd door de hoge temperaturen) dus altijd op veilige afstand worden gehouden van de wand.

Om hiervoor te zorgen wordt het plasma vastgehouden in een magnetisch veld: atoomkernen zijn positief geladen en de lorentzkracht op de kernen zorgt ervoor dat het plasma in het magnetisch veld een min of meer cirkel- of spiraalvormige baan rond de veldlijnen gaat beschrijven. Het magneetveld is zo gevormd dat kernen die uit de cirkel willen ontsnappen, daarin door de lorentzkracht worden teruggeduwd. Voorbeelden van machines die volgens dit principe werken, zijn de tokamak, de stellarator en de polywell.

De prestaties van fusieplasma’s zijn sterk afhankelijk van de interactie tussen het plasma en de reactorwandcomponenten. Een noodzakelijke methode om de gevolgen van de plasma-wand-interactie te controleren bestaat uit het optimaliseren van de staat van de reactorwandoppervlakken, namelijk wandconditionering,

“In mijn doctoraat heb experimenteel onderzoek verricht naar de conditioneringsmethoden die kunnen worden toegepast in de supergeleidende stellarator Wendelstein 7-X (W7-X). Het eerste doel van mijn onderzoek was het vergelijken van het conditioneringseffect van verschillende wandconditioneringstechnieken toegepast in W7-X met betrekking tot het verwijderd gas, het minimaliseren van het onzuiverheidsgehalte en de daaropvolgende plasmaprestaties. Het tweede doel was het geven van een uitgebreide beschrijving van de verschillende conditioneringsmechanismen relevant voor W7-X”, legt Andrei uit.

“Tenslotte werd een conditioneringsoptimalisatie uitgevoerd om de effectiviteit van de technieken te maximaliseren. Hierbij werd gekeken naar de modificatie van het oppervlak van de plasmagerichte componenten en de plasmaprestaties, terwijl steeds goede en veilige omstandigheden voor de ontlading werden gegarandeerd. De gevonden conditioneringsstrategieën voor de wand zullen worden gebruikt tijdens de toekomstige bedrijfsfasen van de supergeleidende stellarator W7-X”, besluit Andrei.

Lees een uitgebreidere samenvatting of het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Studie en optimalisering van wandconditioneringsmethoden voor de supergeleidende stellarator W7-X

-

Contact: Andrei Goriaev, Kristel Crombé

Andrei Goriaev behaalde zijn bachelor in kwantumelektronica aan de Staatsuniversiteit van Sint-Petersburg. Daarna behaalde hij de mastergraad in Coherente Optica aan dezelfde universiteit. Tijdens de bachelor- en masterstudies deed Andrei onderzoek naar röntgengeneratie door het femtoseconde laserplasma. Dit werk resulteerde in 1 publicatie in een peer-review tijdschrift en een paar conferentiebijdragen. Parallel aan zijn masterstudie natuurkunde voltooide Andrei ook een deeltijdse specialisatieopleiding op het gebied van economie en management.

De promovendus behaalde zijn tweede master in kernfusie- en engineeringfysica in het kader van het Erasmus Mundus Fusion EP-programma. Hij heeft met name colleges gevolgd aan de Carlos III Universiteit van Madrid, Spanje, de Complutense Universiteit van Madrid, Spanje en de Universiteit Gent, België. Zijn afstudeeropdracht, gewijd aan spectrale reflectiviteitsmetingen van metalen spiegels voor de diagnostiek van fusieplasma’s, werd uitgevoerd in het Forschungszentrum Jülich, Duitsland.

Daarnaast heeft Andrei talrijke stages gelopen in verschillende instituten in de Europese Unie, zoals IRFM-CEA, Cadarache, Frankrijk, IPP Praag, Tsjechische Republiek en Max-Born-Instituut, Berlijn, Duitsland. Andrei eft gewerkt aan het PhD-project “Study and optimization of wall conditioning methods on the superconducting stellarator W7-X”. Het onderzoeksresultaat van de PhD-kandidaat laat hem toe een gezamenlijk doctoraat te behalen tussen het Laboratorium voor Plasmafysica, Koninklijke Militaire Academie en de Universiteit Gent. De PhD kandidaat is eerste auteur van 3 publicaties in kernfusie met betrekking tot de wandconditioneringsstudies op W7-X en upgrades van het TOMAS toestel voor wandconditionering, plasma-oppervlakte interactie en plasma opstartstudies. Bovendien is hij co-auteur van 17 peer-review tijdschriftartikelen waarin onderzoeksresultaten worden gepresenteerd op het gebied van wandconditionering, plasma-oppervlakte-interactie, ontwikkeling van plasmadiagnostiek en exploitatie van fusie-installaties.

Andrei heeft tijdens het doctoraal programma deelgenomen aan de volgende wetenschappelijke activiteiten binnen het EUROfusion consortium. “Voorbereiding en exploitatie van W7-X-campagnes” omvatte werkzaamheden aan W7-X in IPP Greifswald, Duitsland en de stellarator Uragan-2M in KIPT, Oekraïne. De ontwikkeling van het TOMAS-project in het Forschungszentrum Jülich, Duitsland, in het kader van het werkpakket “Voorbereiding van een efficiënte PFC-exploitatie voor ITER en DEMO”. Als voortzetting van het huidige project heeft Andrei de EUROfusion-onderzoekersbeurs gekregen om zijn werk uit te breiden op het gebied van wandconditionering, plasmaproductie en plasma-oppervlak-interactiestudies die relevant zijn voor supergeleidende fusie-installaties W7-X, JT-60SA en ITER.

-

Redacteur: Jeroen Ongenae – Illustrator: Roger Van Hecke