Im Torus von JET, mit überlagertem Plasma. (VEREINIGTES KÖNIGREICH) Ende des letzten Jahrhunderts produzierte der Joint European Torus (JET) in der Nähe von Oxford, Großbritannien, 22 Megajoule Energie, was damals ein Rekord war Fusionskraft .
Durch experimentelle Modernisierungen wurde die Anlage nun an die Technologie angepasst, die für ein großes internationales Projekt erwartet wird, was zu einer Produktion von fast dem Dreifachen dieser Strommenge führte.
Die Fortschritte sind ein großer Fortschritt für die Tokamak-Fusion und bringen uns einem Gleichgewichtspunkt immer näher, an dem wir einen nahezu endlosen Energiestrom gewinnen können, ohne die Kosten für umweltschädliche Emissionen oder große Mengen radioaktiver Abfälle.
„Was wir in den letzten Monaten gelernt haben, wird es uns leichter machen, Experimente mit Fusionsplasmen zu planen, die viel mehr Energie erzeugen, als zu ihrer Erwärmung nötig ist“, sagt Sibylle Günter, wissenschaftliche Direktorin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik.
Tokamaks könnten der richtige Partner sein, um diesen Meilenstein in der Energieerzeugung zu erreichen. Sie bestehen aus einem relativ einfachen Torus, der von einer Reihe äußerst starker Magnete umgeben ist, und erleichtern die Fusion, indem sie Wasserstoffstöße kanalisieren, die erhitzt werden, um sich in einem Plasma aufzulösen.
Was jedoch relativ einfach klingt, ist alles andere als das. Um diesen wirbelnden Plasmastrom lange genug stabil zu halten, um genügend energietragende Neutronen herauszupressen, ist eine Menge Feinabstimmung in der Technologie erforderlich.
Als Teil von Europas „ Roadmap zur Fusion „, spielen Projekte wie JET eine Schlüsselrolle beim Abbau dieser Litanei von Hindernissen. Auch wenn das große Spiel noch vor uns liegt.
Eine internationale Zusammenarbeit namens ITER baut in Südfrankreich den größten Tokamak, den die Welt je gesehen hat – einen, der aus nur 50 Megawatt anfänglicher Erwärmung letztendlich satte 500 Megawatt Strom erzeugen könnte.
Die meisten Fusionsforschungen verwenden derzeit übliche Formen von Wasserstoff mit entweder einem einzelnen Proton im Kern (Protium genannt) oder eine etwas seltenere Form mit einem Proton und einem Neutron (Deuterium genannt).
Das reicht aus, um die Falten auszubügeln, bis wir die Verschmelzung geschafft haben. Aber um aus unserem Fusionsreaktor wirklich einen Knall herauszuholen, brauchen wir eine noch knappere Ressource, die ein weiteres Neutron trägt – eine Form von Wasserstoff namens Tritium.
Ziel von ITER ist es, bis 2035 mit Kombinationen aus Tritium und Deuterium zu experimentieren und hoffentlich selbsterhaltende Plasmareaktionen zu erreichen, die mehr Energie freisetzen als sie verbrauchen.
Es handelt sich um ein hohes Ziel, das von der Unterstützung durch kleinere Projekte wie JET abhängt.
JET zeichnet sich als Tokamak aus, der beide Materialien nutzen kann und Forschern einen guten Einstieg in das Verständnis ihrer einzigartigen nuklearen Eigenschaften ermöglicht.
Im Jahr 1997 erreichte das Projekt einen Rekord bei der Energieausbeute in Form freigesetzter Neutronen und lieferte über einen Zeitraum von durchschnittlich 5 Sekunden eine Leistung von umgerechnet 4,4 Megawatt.
Seitdem tüftelten sie an Designs und ersetzten unter anderem die Kohlenstoffauskleidung durch eine Mischung aus Wolfram und Beryllium. Das neue Material ist zwar widerstandsfähiger und wirkt nicht wie Kohlenstoff wie ein Wasserstoffschwamm, beeinflusst aber die Bewegung des Plasmas.
Nach umfangreichen Modellierungen bestätigten Experimente schließlich die Vorhersagen über neue Grenzen der Energieerzeugung aus diesem leistungsstarken Duo von Wasserstoffisotopen und brachen mit einer Leistung von 59 Megajoule den alten Rekord.
Es fehlt immer noch an allem, was die laufende Fusion aufrechterhalten oder gar mehr Energie freisetzen kann, als nötig ist. Dafür brauchen wir etwas viel Größeres, aber es ist dennoch eine bedeutende Errungenschaft.
„In den neuesten Experimenten wollten wir beweisen, dass wir auch unter ITER-ähnlichen Bedingungen deutlich mehr Energie erzeugen können“, sagt Physikerin Athina Kappatou vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.
Sobald die Energieproduktion schwarze Zahlen schreibt, kann ein Überschuss an Neutronen, die aus der wirbelnden Plasmaschleife des Tokamak freigesetzt werden, auf eine dünne Lithiumschicht gelenkt werden, die durch Kernspaltung zerfällt und eine leichtere Tritiumquelle bereitstellt.
Theoretisch klingt alles so einfach. Aber wenn wir aus dem Studium der Kernfusion etwas gelernt haben, ist die Nutzung der sonneneigenen Pläne zur Energieerzeugung alles andere als ein reibungsloser Ablauf.
Glücklicherweise finden Einrichtungen auf der ganzen Welt nach und nach Wege, die zahlreichen Probleme zu umgehen. steigende Temperaturen und herauszufinden, wie es geht längere Reaktionszeiten aufrechterhalten .
Gemeinsam könnten wir vielleicht doch noch die saubere, praktisch unbegrenzte Energiequelle bekommen, die wir so dringend brauchen.