Instabiles Plasma: Forscher lösen großes Problem der Kernfusion

Die Sonne als Energiequelle zu nutzen ist keine ganz neue Idee. Tatsächlich werden inzwischen beinahe überall auf der Welt Solarmodule installiert. Diese sind aber nicht besonders effizient. Denn der Wirkungsgrad liegt nur bei rund dreißig Prozent. Schon vor einigen Jahrzehnten ist daher die Idee entstanden, die auf der Sonne ablaufenden Prozesse nachzubilden und so auf der Erde eine quasi unerschöpfliche Energiequelle zu schaffen. Doch dies ist einfacher gesagt als getan. Denn um etwa die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu fusionieren, werden extrem hohe Temperaturen und ein sehr hoher Druck benötigt. Das Plasma muss zudem mithilfe von sehr starken Magneten auf seiner Bahn gehalten werden, damit es nicht an die Wände der Fusionskammern stößt und diese zerstört. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es verschiedene bautechnische Ansätze. So etwa den Typen Stellarator, der unter anderem in Greifswald getestet wird. Oder den Tokamak, wie er am europäischen Versuchsreaktor Iter erprobt werden soll.

Bild: G. Harrer & L. Radovanovic, TU Wien

Instabilitäten können die Reaktorwand beschädigen

Grundsätzlich ist die Bauweise des Tokamak etwas weniger komplex, was einige Vorteile mit sich bringt. Problematisch sind allerdings die sogenannten „Typ-I ELM“-Instabilitäten. Dabei werden energiereiche Teilchen aus dem Plasma herausgeschleudert und krachen an die Reaktorwand – was erhebliche Schäden zur Folge haben kann. Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik und der TU Wien haben sich daher die Bewegungen der Teilchen innerhalb des Reaktors einmal genauer angeschaut. Diese sind unter anderem abhängig von Plasmadichte, Temperatur und Magnetfeld. Nach und nach erhielten die Wissenschaftler so ein besseres Verständnis davon, welche Veränderungen an den Grundparametern zu welchen Ergebnissen führen. Daraus aufbauend entwickelten sie dann eine Konfiguration, mit der die gefürchteten „Typ-I ELM“-Instabilitäten“ zwar nicht vollständig verhindert, aber zumindest weitgehend unschädlich gemacht werden können. Dies würde einen großen Schritt hin zu einem stabilen Kernfusionsreaktor darstellen.

Die grundsätzliche Konstruktion kann beibehalten werden

Konkret veränderten die Forscher die Einstellung der Magneten. Dadurch ist der Plasmaquerschnitt nicht mehr in der Form einer Ellipse vorhanden, sondern erinnert eher an einen nicht ganz symmetrisch gezeichneten Fischkörper (siehe Bild oben). Außerdem sorgten die Forscher für eine stärkere Gaskonzentration am Rande des Plasmas. Diese fungiert als eine Art zusätzliche Schutzschicht. Der große Vorteil dieses Ansatzes ist, dass keine Veränderungen an der grundsätzlichen Konstruktion vorgenommen werden müssen. Es geht lediglich um die Konfiguration der ohnehin vorhandenen Magnete. Die grundsätzliche Idee ist zudem schon etwas älter. Ursprünglich ging man aber davon aus, dass sie nur bei kleineren Forschungsreaktoren von Bedeutung ist. Inzwischen ist aber klar: Der Trick funktioniert auch bei größeren Anlagen. Dies soll nun am „Joint European Torus“ (Jet) im britischen Culham unter Beweis gestellt werden. Instabilitäten werden auch dann noch auftreten. Diese spielen aber für die Stabilität der Reaktorwand keine Rolle mehr.

Via: Der Standard