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Die Kernfusion wäre eine Möglichkeit, den wachsenden globalen Bedarf und insbesondere die Anforderungen an Sicherheit und Nachhaltigkeit der Energieerzeugung weitgehend zu decken. Der Weg zur Entwicklung dieser Energiequelle ist jedoch mit technischen Schwierigkeiten behaftet, an deren Lösung Forscher auf der ganzen Welt arbeiten. In Südkorea schreiten die Arbeiten zügig voran: Der Experimentalreaktor Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) hat kürzlich einen neuen Reaktionszeitrekord gebrochen, indem er das Plasma 48 Sekunden lang auf einer Temperatur von 100 Millionen Grad Celsius hielt.
Der KSTAR-Tokamak ist Ein Forschungs-Fusionsreaktor mit Sitz in Südkorea, der etwa in den 1990er Jahren in Betrieb genommen wurde. Die Infrastruktur soll es Wissenschaftlern ermöglichen, Schlüsselfusionstechnologien zu testen, bei denen diese natürliche Reaktion im Herzen von Sternen eine enorme Energiemenge erzeugt. Das erste vom Reaktor erzeugte Plasma stammt aus dem Jahr 2008.
Plasma ist ein aus Ionen und Elektronen bestehender Materiezustand, in dem eine Fusion möglich ist. Dazu muss das Plasma auf extreme Temperaturen (mehrere Millionen Grad Celsius) erhitzt werden, damit die Atomkerne ihre elektrostatische Abstoßung überwinden, verschmelzen und so die langersehnte Energie freisetzen können. Plasma ist jedoch turbulenter Natur und bei solchen Temperaturen instabil. Es bleibt eine äußerst schwierige Aufgabe, es lange genug stabil und eingeschlossen zu halten, um die Fusion zu ermöglichen, und stellt eine der größten Herausforderungen für Kernfusionsreaktoren dar.
Ein neuer Weltrekord
Kurzfristig (bis 2026) wollen Forscher es schaffen, die Plasmatemperatur für 300 Sekunden auf 100 Millionen °C zu halten. Durch unermüdliche Arbeit gelang es dem Team im Jahr 2018, die 100-Millionen-°C-Marke zu überschreiten.
Im Jahr 2020 gelang es ihm, bei derselben Temperatur eine Dauer von 20 Sekunden zu erreichen. Damit brach KSTAR im Jahr 2021 einen Rekord, indem es das Plasma 30 Sekunden lang auf mehr als 100 Millionen Grad hielt. Mit Beginn des Jahres 2024 wurde ein neuer Schritt zur Erreichung des Endziels getan. Diesmal hielt die Reaktion 48 Sekunden lang an und stellte einen neuen Rekord auf. Laut einer Pressemitteilung des Korea Institute of Fusion Energy wurde dieses Kunststück während der letzten Betriebskampagne des Reaktors erreicht, die von Dezember 2023 bis Februar 2024 stattfand.
Siehe auch
Zusätzlich zu diesem neuen Rekord behielten die Wissenschaftler auch den H-Modus (oder High-Containment-Modus) für 102 Sekunden bei. Dies äußert sich in einem im Vergleich zu Standardbetriebsarten besonders effizienten Einschluss von Energie und Plasma, wodurch das Plasma länger heiß bleibt.
Ein Wolfram-Divertor
Um dieses Kunststück zu erreichen, nahmen Physiker einige Modifikationen an den Reaktorkomponenten vor. Insbesondere ersetzten sie den Kohlenstoff-Divertor durch ein neues Wolfram-Modell. Der Divertor ist ein wesentlicher Bestandteil des Reaktors und befindet sich im Allgemeinen am Boden der Tokamak-Sicherheitskammer. Es dient der Kontrolle und Extraktion der Produkte der Fusionsreaktion, insbesondere heißer Partikel, die „Asche“ genannt werden. Wenn diese nicht entfernt werden, können sie die Plasmatemperatur senken oder die laufende Fusionsreaktion stören. Der Divertor trägt somit dazu bei, die Reinheit des Plasmas aufrechtzuerhalten (und so eine stabile und effiziente Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten) und gleichzeitig die Wände der Sicherheitskammer vor Schäden durch brennende Partikel zu schützen.
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