Tritium is schaars. Het is er in principe niet.
We hebben het uiteraard nodig voor kernfusie. De donutvormige tokamakreactoren draaien op een mengsel van deuterium en tritium. Deuterium? Stabiel, overal. Tritium? Radioactief, vluchtig, bijna onzichtbaar op aarde, behalve de sporen die voortkomen uit kosmische straling in onze bovenste atmosfeer.
Als die twee waterstofisotopen samensmelten, is de beloning mooi. Uit één heliumkern, een vrij neutron, komt 17,6 miljoen elektronvolt energie vrij. De reactiesnelheid is hoog. De opbrengst is enorm.
Het is het beste wat we hebben op het gebied van fusie-energie.
Maar je kunt een toekomstig elektriciteitsnet niet van brandstof voorzien met sporenhoeveelheden. Wetenschappers moeten er meer van ‘veredelen’.
Betreed de kwantumcomputers. Niet zomaar een supercomputer – in het bijzonder een kwantumcentrische benadering die is ontleend aan een totaal ander vakgebied.
“Kwantumcomputers zijn sleutelinstrumenten die de ontdekking versnellen… die nodig is om voldoende trit te produceren.”
Tom Beck, Oak Ridge Nationaal Laboratorium
De Cleveland Clinic gebruikt deze technieken om eiwitten te simuleren. Onderzoekers van Oak Ridge, IBM en Michigan State dachten dat ze dezelfde spierkracht konden toepassen op fusie. Ze wendden zich tot een stof genaamd FLiBe.
Wat is FLiBe? Een gesmolten zout. Lithiumfluoride en berylliumfluoride met elkaar gemengd.
In een reactor zit FLiBe in de ‘kweekdeken’. Het absorbeert de verdwaalde neutronen uit de fusiereactie en zet lithium om in vers tritium. Simpel in theorie. In de praktijk ingewikkeld omdat de atomaire interacties binnen dat gesmolten zout een nachtmerrie zijn om te berekenen met behulp van de klassieke natuurkunde.
Dus liet het team de kwantumsimulators los.
Ze vonden negen verschillende moleculaire configuraties. Slechts negen.
Waarom doet dit er toe?
Vroeger moest je raden. Je mengde zouten in een laboratorium, verwarmde ze tot helse temperaturen, wachtte om te zien of er iets explodeerde of brandstof produceerde, en bad om gegevens. Het was langzaam. Het was duur. Het leidde vaak tot niets.
Nu? Ze kunnen de elektronische structuur zien. Het atomaire gedrag. De sterkte van de verbinding. Alles in silico.
Ze weten welke configuraties de moeite waard zijn voordat ze het zout zelfs maar opwarmen.
Is het klaar? Nee. Dit is simulatiewerk. Een preprint op arXiv, meer nog niet. Ze moeten nog terug naar de fysieke wereld om te zien of de atomen zich daadwerkelijk gedragen zoals het kwantummodel voorspelt.
Fusion zit al tientallen jaren vast in het laboratorium. Zeker, Lawrence Livermore bereikte eind 2032 eindelijk break-even – wacht, 2022. Er gaat meer energie uit dan erin. En we houden plasma langer heter; een recent record was 1.337 seconden, wat klinkt als een eeuwigheid voor plasmafysica.
Maar dat betekent allemaal niet zoveel als de brandstof opraakt.
Jerry Chow van IBM noemt dit ‘praktisch’. Misschien. De kwantumcomputers zijn nog niet perfect, schaalvergroting is nog steeds een hoofdpijndossier en het simuleren van chemie is niet hetzelfde als het bouwen van een energiecentrale.
Het is echter een veelbelovende stap. Eén waarbij de computer stopt met raden en de weg begint te wijzen.
Wat gebeurt er als de laboratoriumtests mislukken? Wij weten het nog niet. Maar de gereedschappen zijn scherper dan vroeger.
