Kernfusion gilt als großer Hoffnungsträger für die Erzeugung grüner Energie in der Zukunft. So lässt sich damit theoretisch umweltfreundlich Strom in nahezu unbeschränktem Ausmaß erzeugen.
Forscher*innen des amerikanischen Energie- und Verteidigungsunternehmens General Atomics haben nun bedeutende Hürden überwunden, die essenziell für den Betrieb eines Fusionsreaktors im "Sweet Spot" für optimale Stromerzeugung sind: Die Erhöhung der Plasmadichte und die Kontrolle eben jenes Plasmas.
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Greenwald-Limit im Tokamak
Ein Tokamak ist im Prinzip eine Vakuumkammer in Torus-Form (Donut) mit elektrischen Spulen drumherum. In diesem wird das Plasma der Kernfusion erzeugt. Es ist die meistverbreitete Form von Kernfusionsreaktor, wie er an verschiedenen Orten der Welt zu Forschungszwecken in Betrieb ist.
Abhängig von seiner Größe lässt sich in solche Tokamaks eine bestimmte Menge an Wasserstoff-Brennstoffe füllen, bevor das Plasma außer Kontrolle gerät und den Reaktor beschädigt. Wie viel das ist, wurde bislang anhand des Greenwald-Limits berechnet. Es stammt vom MIT-Physiker Martin Greenwald und gilt als ein Fundament für die Fusionsenergieforschung. Viele Reaktoren in der vorherrschenden Tokamak-Bauweise werden auf Basis dieses Limits gestaltet und errichtet. Auch ITER, der derzeit in Frankreich errichtet wird.
Limit durchbrochen
Schon länger gab es Forschung dazu, dass dieses Limit zu niedrig angesetzt ist. Die US-Wissenschaftler*innen haben dieses Limit nun in einem kleinen Tokamak-Reaktor durchbrochen. Und zwar mit einer nie dagewesenen Stabilität.
Sie haben das heiße Plasma 20 Prozent über dem Limit für 2,2 Sekunden kontrollieren können, ohne, dass es entwichen ist. Es ist das erste Mal, dass das Limit so konstant überschritten werden konnte. Die entsprechende Studie dazu wurde im Fachmagazin Nature veröffentlicht. Davon berichtet auch die Webseite Interesting Engineering.
Die Erkenntnisse könnten für künftige Reaktoren ein dichteres und besser eingeschlossenes Plasma ermöglichen. Das wäre für die Erzeugung von Fusionsenergie im kommerziellen Maßstab von entscheidender Bedeutung.
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Ansätze
Durchgeführt wurde das Experiment am Reaktor DIII-D in San Diego im US-Bundesstaat Kalifornien. Für die Erreichung des Ziels haben die Wissenschaftler*innen verschiedene Ansätze genutzt, die jeweils für sich nicht neu sind. Die Kombination jener ist es allerdings schon.
Im Wesentlichen setzten die Forscher*innen auf die Taktik, die Dichte und Leistung im Kern zu erhöhen, während sie sie an den Rändern absinken ließen. Deuteriumgas wurde in das Plasma gedrückt, um die Reaktionen gezielt abzukühlen. Ob sich die Ergebnisse allerdings auch auf größere Tokamaks umlegen lassen, ist derweil noch unklar.