Die Nachbildung der Reaktionen, die die Sonne antreiben, um eine reichlich vorhandene und saubere Energiequelle zu schaffen, ist ein langfristiges Ziel. Dieses Streben nach Kernfusion stößt seit Jahrzehnten auf ein großes Hindernis: die Dichte des Plasmas. Diese Barriere zu überwinden, ohne zerstörerische Instabilitäten zu erzeugen, war bislang eine technische Traumvorstellung. Ein Forscherteam hat diese Leistung nun vollbracht.
Der Tokamak EAST knackte das Dichteschloss.
Bildnachweis: HFIPS
Die Kernfusion erfordert, dass ein Plasma auf extreme Temperaturen gebracht wird, die mit denen im Inneren von Sternen vergleichbar sind. Die erzeugte Energie steigt mit der Dichte dieses Plasmas. Über einen bestimmten Schwellenwert hinaus treten jedoch heftige Störungen auf, die die Reaktionen beeinträchtigen und das Erreichen optimaler Erträge verhindern.
Chinesische Wissenschaftler haben nun einen bedeutenden Durchbruch mit dem experimentellen Reaktor EAST erzielt. Dank eines neuen Betriebskonzepts konnten sie dort ein stabiles Plasma bei Dichten deutlich oberhalb der etablierten Grenzen aufrechterhalten. Diese in
Science Advances veröffentlichte Arbeit zeigt, dass es möglich ist, die zerstörerischen Instabilitäten zu vermeiden, was einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Beherrschung der Fusion darstellt.
Dieser experimentelle Erfolg basiert auf einer jüngeren Theorie: der Plasma-Wand-Selbstorganisation. Diese von französischen Physikern vorgeschlagene Theorie beschreibt, wie ein präzises Gleichgewicht zwischen dem Plasma und den Metallwänden des Reaktors einen Betrieb ermöglichen kann, bei dem die Dichte nicht mehr begrenzt ist. Die an EAST erzielten Ergebnisse liefern dafür die erste Bestätigung und bieten eine neue Sicht auf diese Wechselwirkungen.
Schematische Darstellung des Betriebs des Tokamaks EAST während des ohmischen Starts mit Unterstützung durch Elektronenzyklotronheizung.
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Um dies zu erreichen, kontrollierte das Team sorgfältig den anfänglichen Gasdruck und wandte eine Elektronenzyklotronheizung bereits beim Start an. Diese Methode reduziert Verunreinigungen und Energieverluste und ermöglicht eine schrittweise Erhöhung der Dichte. Das Plasma erreicht so einen stabilen Zustand trotz extremer Bedingungen.
Die Projektverantwortlichen weisen darauf hin, dass diese Ergebnisse einen konkreten Ansatz bieten, um die Dichtebarriere in Tokamaks zu überwinden. Sie planen, diese Technik bei Hochleistungsbetrieben anzuwenden, um das Regime unter noch anspruchsvolleren Bedingungen zu erreichen. Ein solcher Ansatz könnte die Entwicklung der Fusion beschleunigen.
Dieser Durchbruch stärkt die Hoffnung, eines Tages die Zündung zu erreichen – jenes Stadium, in dem die Fusion dauerhaft mehr Energie erzeugt, als sie verbraucht.
Quelle: Science Advances