Eine Gruppe von Forschern, die mit mehreren Institutionen in Südkorea verbunden sind, hat einen neuen Meilenstein in der Entwicklung der Fusion als Energiequelle erreicht – sie haben eine Reaktion erreicht, die eine Temperatur von 100 Millionen Kelvin erzeugt und 20 Sekunden dauert. In ihrem in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe ihre Arbeit und Pläne für die nächsten Jahre.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler versucht, nachhaltige Fusionsreaktionen in Kraftwerken zu erzeugen, um Wärme zur Umwandlung in Strom zu erzeugen.
Trotz erheblicher Fortschritte wurde das Hauptziel noch nicht erreicht. Wissenschaftler, die an dem Problem arbeiteten, hatten Schwierigkeiten, Fusionsreaktionen zu kontrollieren - die geringsten Abweichungen führen zu Instabilität, die den Ablauf der Reaktion verhindert.
Das größte Problem hängt mit der Wärmeabgabe zusammen, die in Millionen Grad gemessen wird. Natürlich kann kein Material ein so heißes Plasma halten, weshalb es mit Hilfe von Magneten schwebt.
Zwei Ansätze wurden entwickelt: Der eine nennt sich Kantenbarriere, die das Plasma so formt, dass es nicht entweichen kann. Der andere Ansatz wird als interne Transportbarriere bezeichnet und wird von Wissenschaftlern des Korea Advanced Research Center for Supraconductor Tokamaks verwendet, wo neue Forschungen durchgeführt werden. Es funktioniert, indem es einen Hochdruckbereich in der Nähe des Zentrums des Plasmas erzeugt, um es unter Kontrolle zu halten.
Die Forscher stellen fest, dass die Verwendung einer internen Transportbarriere zu einem viel dichteren Plasma führt als der andere Ansatz, weshalb sie sich dafür entschieden haben.
Mit einer großen Anzahl schneller Ionen, die die Turbulenz des Kernplasmas stabilisieren, erzeugen wir Plasma mit einer Temperatur von 100 Millionen Kelvin für bis zu 20 Sekunden ohne Plasmarandinstabilitäten oder Ansammlung von Verunreinigungen. Die niedrige Plasmadichte in Kombination mit moderatem Stromverbrauch ist der Schlüssel zur Etablierung dieses Regimes, indem ein hoher Anteil an schnellen Ionen aufrechterhalten wird. Dieser Modus ist selten störanfällig und kann auch ohne ausgefeilte Steuerung zuverlässig aufrechterhalten werden und stellt somit einen vielversprechenden Weg zu kommerziellen Fusionsreaktoren dar.
Die Wissenschaftler stellen fest, dass die höhere Dichte es einfacher macht, höhere Temperaturen in der Nähe des Kerns zu erzeugen. Es führt auch zu kühleren Temperaturen in der Nähe der Ränder des Plasmas, was die Belastung der zur Eindämmung verwendeten Ausrüstung verringert.
Beim letzten Test in der Anlage konnte das Wissenschaftlerteam Wärme bis zu 100 Millionen Kelvin erzeugen und die Fusionsreaktion 20 Sekunden lang aufrechterhalten.
Andere Teams haben entweder ähnliche Temperaturen erzeugt oder ihre Reaktionen über einen ähnlichen Zeitraum aufrechterhalten, aber dies ist das erste Mal, dass beides in einer einzigen Reaktion erreicht wurde.
Zukünftig wollen die Wissenschaftler ihre Geräte aufrüsten, um ihre Erkenntnisse aus den letzten Jahren der Forschung zu nutzen und einige Komponenten wie die Kohlenstoffelemente an den Kammerwänden durch neue zu ersetzen, beispielsweise aus Wolfram.
Der Artikel des Teams wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-09-08 17:41:12
Autor: Vitalii Babkin