Fusieraket

Bestand:Fusion spacecraft concepts.jpg

Montage van door fusie-energie aangedreven interplanetaire ruimtevaartuigconcepten uit 1987-2004

Een fusieraket is een theoretisch ontwerp voor een raket aangedreven door fusie-energie die een efficiënte en langdurige versnelling teweeg zou kunnen brengen in de ruimte zonder de behoefte aan een grote brandstoftoevoer. Het ontwerp is gebaseerd op de ontwikkeling van fusie-energietechnologie die verder gaat dan wat in de huidige wetenschap mogelijk is, en de bouw van raketten veel groter en complexer dan enig ruimtevaartuig ooit gebouwd. Een kleinere en lichtere fusiereactor behoort wellicht tot de mogelijkheden in de toekomst, als meer geavanceerde methoden zijn ontwikkeld om magnetische opsluiting te beheersen en plasma-instabiliteit te voorkomen.

Het belangrijkste voordeel van fusie zou de zeer hoge specifieke stoot zijn. Het belangrijkste nadeel zou de (vermoedelijk) grote massa van de reactor zijn. Een fusieraket produceert echter mogelijk minder straling dan een splijtingsraket, waardoor de massa benodigd voor de afscherming afneemt. De zekerste manier van het bouwen van een fusieraket met de huidige technologie is door middel van waterstofbommen, zoals voorgesteld in Project Orion, maar dergelijke ruimtevaartuigen zouden zeer groot zijn.

Opwekking van elektriciteit vs directe stuwkracht

Veel voortstuwingsmethoden bij ruimtevaartuigen, zoals de ionenmotor, vereisen elektrische kracht om te lopen, maar zijn zeer efficiënt. In sommige gevallen kan de optimale stuwkracht beperkt zijn door de hoeveelheid stroom die kan worden gegenereerd (bijvoorbeeld bij een mass driver). Een elektrische generator die op fusie-energie loopt kan worden geïnstalleerd om een dergelijk vaartuig aan te drijven. Een nadeel is dat de conventionele productie van elektriciteit een koellichaam met een lage temperatuur vereist, wat moeilijk (i.e. zwaar) is in een ruimtevaartuig. Directe omzetting van de kinetische energie van de fusieproducten in elektriciteit is in principe mogelijk en zou dit probleem kunnen beperken.

Een aantrekklijke mogelijkheid om is om de uitlaatgassen van fusieproducten door de achterkant van de raket te geleiden om zo stuwkracht te leveren zonder de tussenliggende productie van elekectriciteit. Dit zou makkelijker zijn met bepaalde opsluitingssystemen (bijvoorbeeld magnetische spiegels) dan met andere (zoals tokamaks). Het is ook aantrekkelijker voor "geavanceerde brandstoffen". Helium-3 voortstuwing is een voorgestelde methode voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen die de fusie van helium-3 atomen gebruikt als energiebron. Helium-3, een isotoop van helium met twee protonen en één neutron, kan in een reactor fuseren met deuterium. De resulterende vrijgekomen energie kan worden gebruikt om brandstof uit de achterkant van het ruimtevaartuig te stuwen. Helium-3 wordt voorgesteld als energiebron voor ruimtevaartuigen vanwege de overvloed ervan op de maan. Wetenschappers schatten dat er op het moment één miljoen ton aan helium-3 op de maan aanwezig is, voornamelijk als gevolg van zonnewind die met de oppervlakte van de maan in botsing komt en het zo, samen met andere elementen, in de bodem stort. Slechts 20% van het opgewekte vermogen van de D-T reactie zou op deze manier gebruikt kunnen worden. De overige 80% komt vrij in de vorm van neutronen die moeilijk te gebruiken zijn voor stuwkracht, omdat ze niet door magnetische velden of vaste muren geleid kunnen worden. Helium-3 wordt ook geproduceerd door bètaverval van tritium, dat op zijn beurt kan worden geproduceerd uit deuterium, lithium of boor.

Zelfs als een zichzelf in stand houdende fusiereactie niet kan worden geproduceerd, kan het mogelijk zijn fusie te gebruiken om de efficiëntie van andere aandrijvingssystemen zoals een VASIMR-raket te vergroten.

• "The World's Simplest Fusion Reactor: And How to Make It Work" Tom Ligon - Analog Science Fiction & Fact New York Vol. 118 Issue 12 Dec 1998