Iron Man’s alma mater heeft een ontwerp voor een realistische ARC-fusiereactor
De Marvel-filmversie van Tony Stark studeerde begin jaren negentig af aan het MIT. Hij bouwde later een ARC-reactor bij Stark Industries, maar blijkbaar is een deel van het eerste onderzoek dat hij als student deed blijven hangen in wat notitieboekjes ergens op een stoffige plank bij MIT. Het kostte hen slechts een paar decennia, maar een team van MIT-onderzoekers is in staat geweest om voorlopige plannen te ontwikkelen voor een volledig bewapende en operationele eigen ARC-fusiereactor.
ARC staat voor “betaalbaar, robuust, compact.” Het ontwerp is een fusiereactor die gebaseerd is op de tokamak, waarbij magnetische velden worden gebruikt om plasma op een temperatuur te houden die hoog genoeg is (tientallen tot honderden miljoenen graden Celsius) om de omstandigheden te handhaven die nodig zijn voor fusie. Een tokamak, ITER genaamd, wordt momenteel gebouwd in Frankrijk en kan tegen 2030 operationeel zijn, tegen een kostprijs van tientallen miljarden dollars. Een heleboel verschillende onderzoeksinstellingen werken aan nieuwere benaderingen die veel sneller en veel, veel goedkoper moeten zijn; ARC is daarvan de laatste.
Wat het ARC-ontwerp van MIT anders maakt, is het gebruik van een nieuwe klasse in de handel verkrijgbare supergeleiders, de zogenaamde zeldzame-aarde barium-koper-oxide (REBCO) supergeleidende tapes. Deze supergeleiders kunnen aanzienlijk hogere magnetische velden in de reactor opwekken. En aangezien elke toename van het magnetisch veld het niveau van fusie tot de vierde macht verhoogt, levert het gebruik van REBCO supergeleiders om de magnetische veldsterkte bijna te verdubbelen een potentiële toename van het fusievermogen op van een orde van grootte ten opzichte van standaard supergeleiders.
Met deze enorme vermogensstijging heeft het MIT een veel kleinere (en dus goedkopere) reactor kunnen ontwerpen die toch nog aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit kan produceren. Het eerste prototype van de ARC-reactor zou een 270 MWe centrale zijn, die tussen drie en zes keer zoveel energie produceert als hij nodig heeft om zichzelf draaiende te houden. De reactor, die genoeg energie zou opwekken om ongeveer 100.000 huishoudens van stroom te voorzien, zou relatief compact zijn en half zo groot als ITER. Hij zou het extra voordeel hebben dat hij een modulekern heeft, waardoor hij veel gemakkelijker te onderhouden en te beproeven is.
Het reactorontwerp zou ook worden vereenvoudigd door het gebruik van een vloeistof (een fluor-lithium-byllium gesmolten zout) als afschermingsmateriaal, neutronenmolecuator en warmte-uitwisselingsmedium. De vloeistof omhult de reactor, wordt verwarmd door de fusie die binnenin plaatsvindt, en wordt dan door een zeer efficiënte Brayton-cyclusmotor gevoerd om elektriciteit op te wekken.
De ARC-reactor is bijna volledig gebaseerd op bestaande, beproefde technologie, en het MIT zegt dat apparaten van een vergelijkbare complexiteit en grootte binnen ongeveer vijf jaar zijn gebouwd. De kosten zouden volgens het MIT “een fractie” zijn van wat er nodig is om ITER te bouwen. Voor zover wij weten, is die fractie negen tienden, maar de implicatie is dat de ARC-reactor aanzienlijk goedkoper zou zijn, grotendeels vanwege zijn kleinere omvang.
We moeten erop wijzen, zoals de onderzoekers doen, dat “een volledig technisch ontwerp buiten het bestek van de ARC-studie valt”. Er is echter geen theoretisch of technologisch struikelblok dat de ontwikkeling van een technisch ontwerp voor een ARC-reactor in de weg staat. Als dat het geval is, zou er binnen tien jaar een voltooide reactor kunnen draaien.