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Industrie

Deutschlands neue Maschine bringt uns der Kernfusion näher

Deutschlands neue Maschine bringt uns der Kernfusion näher

Eine neue Studie zeigt, dass wir der Fusionsenergie möglicherweise wesentlich näher sind als je zuvor.

Im vergangenen Jahr hat Deutschland eine riesige Kernfusion in Gang gesetzt. Der Reaktor könnte leistungsstarkes Heliumplasma mit hoher Hitze enthalten, was ihn zu einem ersten Erfolg macht. Aber hat es seit diesem vorläufigen Erfolg richtig funktioniert?

Ein Forscherteam aus den USA und Deutschland untersuchte die Maschine, die die Zukunft der Kernfusion (und damit unbegrenzte „saubere Energie“) beinhalten könnte. Der Sternerator Wendelstein 7-X (W 7-X) erzeugte die vorhergesagten magnetischen Designs mit hervorragender Genauigkeit. Die Forscher errechneten eine Fehlerrate von weniger als einem von 100.000.

[Mit freundlicher Genehmigung von Naturkommunikation]

"Unseres Wissens ist dies eine beispiellose Genauigkeit, sowohl in Bezug auf die Bestandsentwicklung eines Fusionsgeräts als auch in Bezug auf die Messung der magnetischen Topologie", schrieben die Forscher Naturkommunikation.

Welche Rolle spielt ein Magnetfeld bei der Kernfusion? Warum haben sich die Forscher eher damit beschäftigt als mit der Reaktion selbst? Die Magnetfelder halten das Plasma lange genug, damit eine Kernfusion stattfinden kann. Der Magnetismus des Geräts soll den Magnetismus nachbilden, den die Sonne verwendet, um die Fusion auf ihrer Oberfläche durchzuführen, wenn auch in viel kleinerem Maßstab.

Der W 7-X-Stellerator steuert das Plasma durch Erzeugung von 3D-Magnetfeldern anstelle eines 2D-Feldes. 2D-Felder sind häufig in Tokamak-Reaktoren zu finden, ein Typ, den das Team als Vergleichspunkt für den W 7-X verwendet.

Die verdrehten 3D-Felder ermöglichen es Stelleratoren, das Plasma ohne elektrischen Strom zu steuern. Tokamak-Reaktoren benötigen Strom, um das Plasma zu stabilisieren. Die Felder werden jedoch von Unterbrechungen oder Kurzschlüssen innerhalb des Stroms betroffen. Ohne die Notwendigkeit eines stetigen elektrischen Flusses sind Stelleratoren stabiler als ihre 2D-Gegenstücke.

[Mit freundlicher Genehmigung von Max-Planck-Institut / Creative Commons]

Das Team, bestehend aus Forschern des US-Energieministeriums und des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Deutschland, verwendete einen Elektronenstrahl, um die Feldlinien des Reaktors zu messen. Sie benutzten dann einen fluoreszierenden Stab, um die Linien zu "fegen" und die Form der Magnetfelder zu bestimmen.

"Wir haben bestätigt, dass der von uns gebaute Magnetkäfig wie geplant funktioniert", sagte der Physiker Sam Lazerson, der ungefähr die Hälfte der Experimente leitete. "Dies spiegelt die US-Beiträge zu W7-X wider und unterstreicht die Fähigkeit von PPPL [Princeton Plasma Physics Laboratory], internationale Kooperationen durchzuführen."

Die Kernfusion hat fast sechs Jahrzehnte lang die Bereiche Wissenschaft und Technik geprägt. Die Idee der unbegrenzten, sauberen Energie hat viele angesprochen, darunter (nicht überraschend) den theoretischen Physiker und Wissenschaftsmeister Stephen Hawking. In einem Interview mit TIME aus dem Jahr 2010 sagte Hawking:

"Ich möchte, dass die Kernfusion zu einer praktischen Energiequelle wird. Sie würde eine unerschöpfliche Energieversorgung ohne Umweltverschmutzung oder globale Erwärmung ermöglichen."

Im Gegensatz zur Kernspaltung entstehen bei der Fusion keine radioaktiven Nebenprodukte oder Abfälle.

Der W 7-X ist das hoffnungsvollste Beispiel für einen Kernfusionsreaktor. Selbst das Forschungsteam stellt jedoch fest, dass die Kernfusion noch lange dauern wird und "dass die Aufgabe gerade erst begonnen hat".

Der W 7-X ist nicht der einzige Kernfusionsreaktor, der Schlagzeilen gemacht hat. Der französische ITER-Tokamak-Reaktor kann Plasma auch lange genug einfangen, um eine Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten. Im folgenden Video können Sie eine virtuelle Tour durch den ITER durchführen:

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Über Nature Communications


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