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Ein funktionsfähiger Fusionsreaktor
Es ist ein alter Witz, den viele Fusionswissenschaftler zu hören müde geworden sind: Die praktische Kernfusionsenergie ist nur noch 30 Jahre entfernt – und wird es immer sein.
Aber das stimmt jetzt vielleicht nicht mehr. Neue Fortschritte in der Magnettechnologie haben es Forschern am MIT ermöglicht, ein neues Design für einen praktischen kompakten Tokamak-Fusionsreaktor vorzuschlagen – und es ist eines, das in nur einem Jahrzehnt realisiert werden könnte, sagen sie.
Der neue Reaktor verwendet Spulen aus Seltenerd-Barium-Kupferoxid, einem kommerziell erhältlichen Supraleiter, um ein extrem starkes Magnetfeld zu erzeugen. Die Einführung dieses Materials zieht sich durch das gesamte Design, sagt Dennis Whyte, Professor für Nuklearwissenschaft und -technik und Direktor des Plasma Science and Fusion Center des MIT. Es verändert das Ganze.
Das stärkere Magnetfeld macht es möglich, das superheiße Plasma – das elektrisch geladene Gas, das die Fusionsreaktion speist – in einem viel kleineren Gerät einzuschließen als bisher vorgesehen. Die Größenreduzierung wiederum macht das gesamte System billiger und schneller zu bauen. Das Reaktorkonzept, das eine weithin untersuchte Tokamak-Geometrie (Donut-Form) verwendet, wurde von Whyte, dem Doktoranden Brandon Sorbom und mehreren anderen Studenten entwickelt. Ihr Konzept entstand in einer Designklasse, die von Whyte unterrichtet wurde, und wurde nach Abschluss der Klasse als von Schülern geleitetes Projekt fortgesetzt.
Der neue Reaktor ist für die Grundlagenforschung zur Fusion und auch als potenzieller Prototyp eines Kraftwerks konzipiert, das beträchtliche Energie erzeugen könnte. Das viel höhere Magnetfeld ermöglicht es Ihnen, eine viel höhere Leistung zu erzielen, sagt Sorbom.
Fusionsreaktoren, die auf der gleichen Kernreaktion beruhen, die die Sonne antreibt, zwingen Paare von Wasserstoffatomen zusammen, um Helium zu bilden, das enorme Energiemengen freisetzt. Der schwierigste Teil bei der Konstruktion eines funktionsfähigen Reaktors bestand darin, das Plasma einzuschließen und es auf Temperaturen zu erhitzen, die heißer sind als die Kerne von Sternen. Hier sind die Magnetfelder entscheidend: Sie fangen Wärme und Partikel effektiv im heißen Zentrum des Geräts ein.
Mit den neuen Supraleitern sei es möglich, die erzeugte Leistung im Vergleich zur Standard-Supraleiter-Technologie um etwa den Faktor 10 zu steigern, sagt Sorbom. Im Moment, fügt er hinzu, sollte der Reaktor in der Lage sein, etwa dreimal so viel Strom zu produzieren, wie für seinen Betrieb benötigt wird. Das Design könnte wahrscheinlich verbessert werden, um diesen Anteil auf etwa das Fünf- oder Sechsfache zu erhöhen, sagt er, was genug Strom für etwa 100.000 Menschen liefern würde. Bisher hat kein Fusionsreaktor so viel Energie produziert, wie er verbraucht.