Ein großer Schritt für die Kernfusion: Forscher überschreiten die theoretische Grenze der Plasmadichte in einem Tokamak

Es gilt als die ultimative Energiequelle der Menschheit. Energie aus Kernfusion könnte jedes Problem bei der Energieerzeugung beseitigen. Diese Technologie gleicht dem Entwurf einer „künstlichen Sonne“. Aber im Moment versuchen Wissenschaftler noch, es zu bändigen.

Derzeit verzeichnen Tokamak-Reaktoren die größten Fortschritte. Es handelt sich um eine Struktur, die eine toroidale Magnetfeldkonfiguration verwendet (in Form eines Krapfen). Dadurch werden Atome erhitzt und konzentriert, um Kollisionen zu erzeugen, bei denen zwei Atome zu einer einzigen Einheit verschmelzen. Bei dieser Reaktion wird eine große Menge Energie freigesetzt.

Theoretische magnetische Einschlussdichte um 20 % überschritten

Um zu funktionieren, verwenden Fusionsreaktoren zwei Wasserstoffisotope: Deuterium und Tritium. Es handelt sich um Wasserstoffatome (ein Proton und ein Elektron), aber ihre Anzahl an Protonen variiert. Sie haben ein bzw. zwei Neutronen, während ein klassisches Wasserstoffatom keines hat. Unter der Einwirkung von Hitze – bis zu 100 Millionen Grad – bilden die Elemente ein Plasma, in dem sie zusammenstoßen.

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Und genau um dieses Plasma herum ist es chinesischen und amerikanischen Forschern gelungen, einen neuen Schritt hin zur kommerziellen Nutzung der Kernfusion zu machen, heißt es in der South China Morning Post. Bei einem Experiment in einem experimentellen Tokamak in San Diego konnten Wissenschaftler die theoretische Grenze der Plasmadichte für 2,2 Sekunden überschreiten.

Während dieser kurzen Zeit, so beschreiben die Forscher in einem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel, war die durchschnittliche Dichte des Plasmas 20 % höher als die Greenwald-Grenze. Dies ist eine Grenze, ab der der magnetische Einschluss instabil wird. Diese Instabilität hat jedoch direkten Einfluss auf die Effizienz des Reaktors.

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Um dies zu erreichen, richteten die Forscher einen Dichtegradienten ein. Das heißt, die Plasmadichte war im Zentrum des Tokamaks höher und im äußeren Teil des Reaktors niedriger.

Verbesserte Qualität der Energieeindämmung

Bisher nahm die Qualität des magnetischen Einschlusses ab, als die Greenwald-Grenze erreicht wurde. Was ein erzeugt „plötzlicher und vollständiger Verlust der Plasmaenergie“, erklärt das Forschungsteam im Artikel. Das einzige Problem besteht darin, dass die Plasmadichte direkt mit der erzeugten Energiemenge zusammenhängt.

Diese Entdeckung ist daher von größter Bedeutung in der Hoffnung, die Kernfusion zu einer zuverlässigen Energiequelle zu machen. Zumal die Erfahrung auch gezeigt hat, dass diese Methode es ermöglicht, eine um 50 % verbesserte Qualität der Energieeindämmung zu erreichen.

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„Das von uns beschriebene Betriebsregime erfüllt einige kritische Anforderungen vieler Fusionsreaktordesigns weltweit und bietet einen potenziellen Weg zu einem Betriebspunkt, um wirtschaftlich attraktive Fusionsenergie zu erzeugen.“schließt den Artikel ab.

Diese Entdeckung könnte insbesondere bei der Entwicklung des ITER-Pilotprojekts hilfreich sein. Dieser in Frankreich installierte Versuchsreaktor soll der größte Tokamak der Welt werden. Die für 2030 geplante Inbetriebnahme soll es ermöglichen, die Machbarkeit der Kernfusion zu demonstrieren, um sie zu einer sauberen und unerschöpflichen Energiequelle zu machen.