Eine neue Studie beweist, dass wir der Fusionsenergie möglicherweise deutlich näher sind als je zuvor.
Letztes Jahr hat Deutschland eine riesige Kernfusion in Gang gesetzt. Der Reaktor könnte ein leistungsstarkes Heliumplasma mit hoher Hitze enthalten, was es 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' beherbergen könnte. Der Stellerator Wendelstein 7-X W 7-X produzierte die vorhergesagtemagnetische Designs mit hervorragender Genauigkeit. Die Forscher berechneten eine Fehlerrate von weniger als 1 von 100.000.
[Bild mit freundlicher Genehmigung von Naturkommunikation]
"Unseres Wissens nach ist dies eine beispiellose Genauigkeit, sowohl im Hinblick auf die Konstruktion einer Fusionsanlage als auch bei der Messung der magnetischen Topologie", die Forscher schrieben in Naturkommunikation.
Welche Rolle spielt ein Magnetfeld bei der Kernfusion? Warum haben sich die Forscher damit beschäftigt und nicht die Reaktion selbst? Die Magnetfelder halten das Plasma lange genug, damit die Kernfusion stattfinden kann. Der Magnetismus des Geräts soll sich replizierender Magnetismus, den die Sonne verwendet, um die Fusion auf ihrer Oberfläche durchzuführen, wenn auch in einem viel kleineren Maßstab.
Der W 7-X-Stellerator steuert das Plasma, indem er 3-D-Magnetfelder anstelle eines 2-D-Feldes erzeugt. 2-D-Felder sind oft in Tokamak-Reaktoren zu finden, einem Typ, den das Team verwendet als Vergleichspunkt für W 7-X.
Die verdrehten 3-D-Felder ermöglichen es Stellatoren, das Plasma ohne elektrischen Strom zu steuern. Tokamak-Reaktoren benötigen Elektrizität, um das Plasma zu stabilisieren. Die Felder werden jedoch durch Unterbrechungen oder Kurzschlüsse innerhalb des Stroms beeinflusst. Ohne die Notwendigkeit eines stetigen elektrischen Flusses, Stelleratoren sind stabiler als ihre 2D-Gegenstücke.
[Bild 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, hat die Feldlinien des Reaktors mit einem Elektronenstrahl vermessen. Anschließend haben sie die Linien mit einem fluoreszierenden Stab „durchgewischt“ und die Linien bestimmtdie Form der Magnetfelder.
"Wir haben bestätigt, dass der magnetische Käfig, den wir gebaut haben, wie geplant funktioniert", sagte der PhysikerSam 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 die Wissenschaft und das Ingenieurwesen fast sechs Jahrzehnte lang fasziniert. Die Idee einer unbegrenzten, sauberen Energie hat viele angesprochen, darunter wenig überraschend den theoretischen Physiker und Wissenschaftsmeister Stephen Hawking. In einem Interview von 2010 mit ZEIT, sagte Hawking:
"Ich möchte, dass die Kernfusion zu einer praktischen Energiequelle wird. Sie würde eine unerschöpfliche Energieversorgung ohne Umweltverschmutzung oder globale Erwärmung bieten."
Im Gegensatz zur Kernspaltung entstehen bei der Fusion keine radioaktiven Nebenprodukte oder Abfälle.
Der W 7-X ist das hoffnungsvollste Beispiel für einen Kernfusionsreaktor. Aber selbst das Forschungsteam stellt fest, dass die Kernfusion noch lange dauern wirdund "dass die Aufgabe gerade begonnen hat."
Der W 7-X ist nicht der einzige Kernfusionsreaktor, der Schlagzeilen gemacht hat. Der französische Tokamak-Reaktor ITER kann auch Plasma lange genug einfangen, um eine Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten. Im Video unten können Sie eine virtuelle Tour durch den ITER machen:
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