Im Inneren eines Fusionsreaktors wird das Plasma auf Temperaturen erhitzt, die höher sind als die der Sonne. Ein Teil dieser Hitze erreicht den Divertor, ein System zur Abführung von Abfällen. Ohne Schutz kann diese Komponente irreversible Schäden erleiden. Darüber hinaus können Plasmaausbrüche, sogenannte ELMs (Edge-Localized Modes), die Wände des Reaktors beschädigen.
Forscher des Instituts für Plasmaphysik in Hefei, China, unter der Leitung von Professor Guosheng Xu, haben eine präzise Kontrolle der Injektion von leichten Gasen in den Tokamak EAST implementiert. Diese Methode ermöglichte die Erzeugung eines Regimes namens DTP (Detached divertor and Turbulence-dominated Pedestal). In dieser Konfiguration löst sich ein Teil des Plasmas vom Divertor, wodurch die thermische Belastung reduziert wird, während Mikroturbulenzen den Rand stabilisieren.
Der Tokamak EAST. Bildnachweis: HFIPS Die Ergebnisse sind ermutigend: Die Temperatur der Elektronen im Piedestal stieg an, was den Energieeinschluss verbesserte. Die ELMs verschwanden vollständig, und der Wärmefluss auf den Divertor ging signifikant zurück. Das alles wurde etwa eine Minute lang in einer Umgebung mit metallischer Wand aufrechterhalten.
Dieses neue Regime beruht auf einem empfindlichen Gleichgewicht. Die Injektion von leichten Gasen kühlt den Rand des Plasmas, aber zu viel Kühlung würde die Leistung beeinträchtigen. Durch Echtzeitanpassung der Mengen erzielten die Forscher eine Ablösung des Plasmas bei gleichzeitiger Verstärkung des Temperaturgradienten.
Laut den Wissenschaftlern eröffnet dieser Ansatz einen vielversprechenden Weg für zukünftige Reaktoren. Er kombiniert einen effektiven Schutz des Divertors mit einem leistungsstarken Einschluss, zwei Aspekte, die oft als widersprüchlich angesehen werden. Die in
Physical Review Letters veröffentlichte Studie stellt somit einen Fortschritt in Richtung stabiler und langlebiger Fusionsplasmen dar.
Das Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften betont, dass diese Arbeiten die Machbarkeit eines ELM-freien Betriebs bei gleichzeitiger Wärmeverwaltung demonstrieren. Es bleibt, die Dauer zu verlängern und dieses Regime auf größere Reaktoren wie ITER zu übertragen.
Quelle: Physical Review Letters