Der Tokamak EAST hat einen neuen Rekord für die Dauer der Einschließung eines Plasmas aufgestellt.
Bildnachweis: HFIPS
Der Tokamak EAST, auch "künstliche chinesische Sonne" genannt, hat ein Plasma für 1.066 Sekunden in einem stabilen Zustand gehalten. Diese bisher unerreichte Dauer wurde von den Forschern des Instituts für Plasmaphysik in Hefei, das der Chinesischen Akademie der Wissenschaften angegliedert ist, erreicht. Zum Vergleich: Der bisherige Rekord, der 2023 von derselben Anlage aufgestellt wurde, betrug 403 Sekunden.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, die Fusionsreaktionen, die die Sonne natürlich antreiben, auf der Erde nachzubilden. Durch die Verschmelzung von Wasserstoffkernen setzt dieser Prozess eine immense Menge an Energie frei, ohne Treibhausgasemissionen oder hochradioaktive Abfälle. Damit diese Reaktion jedoch industriell nutzbar ist, muss ein Plasma bei über 100 Millionen Grad Celsius über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden.
Der Direktor des Instituts für Plasmaphysik, SONG Yuntao, betonte, dass das reibungslose Funktionieren des Plasmas über einen so langen Zeitraum ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von einsatzfähigen Reaktoren ist. Er erklärt, dass die Stabilität des Plasmas entscheidend ist, um die kontinuierliche Betriebsfähigkeit eines Fusionskraftwerks zu gewährleisten.
Wichtige technische Verbesserungen haben diese Leistung ermöglicht. Laut Gong Xianzu, dem Leiter der experimentellen Operationen von EAST, wurden mehrere Systeme modernisiert, insbesondere die Heizvorrichtung, die jetzt eine doppelte Leistung im Vergleich zu früheren Tests liefert. Die eingebrachte Energie entspricht der, die von Zehntausenden von Haushaltsmikrowellen erzeugt wird.
Die längere Stabilität des Plasmas stellt einen großen Fortschritt für die Kernfusion dar.
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Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2006 dient EAST als Testplattform für Forscher aus der ganzen Welt. China spielt auch eine zentrale Rolle im ITER-Projekt, das in Frankreich gebaut wird und an dem es zu 9 % der technischen Beiträge beteiligt ist. ITER soll der größte experimentelle Fusionsreaktor mit magnetischem Einschluss werden, der je gebaut wurde.
Die Fortschritte bei EAST liefern entscheidende Daten für ITER und zukünftige chinesische Reaktoren wie den CFETR. Diese Anlagen werden es ermöglichen, die Bedingungen für die kontinuierliche Energieerzeugung durch Fusion zu erforschen. Das erklärte Ziel ist es, diese Experimente in konkrete Lösungen für die weltweite Energieversorgung umzuwandeln.
Parallel dazu investiert China in neue Forschungsinfrastrukturen für die Kernfusion. In der Provinz Anhui, wo sich EAST befindet, werden zusätzliche Labors gebaut, um die Entwicklung dieser Technologie zu beschleunigen. Das ultimative Ziel bleibt unverändert: Fusion zu einer zugänglichen und nachhaltigen Energiequelle für zukünftige Generationen zu machen.
Warum ist Kernfusion eine vielversprechende Energiequelle?
Die Kernfusion ist der Prozess, der die Sonne und die Sterne antreibt. Dabei verschmelzen zwei leichte Kerne zu einem schwereren Kern, wodurch eine große Menge an Energie freigesetzt wird. Im Gegensatz zur Kernspaltung, die in heutigen Kraftwerken verwendet wird, produziert sie keine langlebigen radioaktiven Abfälle und birgt kein Risiko unkontrollierter Kettenreaktionen.
Einer ihrer Hauptvorteile im derzeitigen experimentellen Rahmen ist ihr Brennstoff: Deuterium, das aus Meerwasser gewonnen wird, und Tritium, das aus Lithium hergestellt wird. Diese Elemente sind reichlich vorhanden und garantieren eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Darüber hinaus erzeugt die Fusion keine Treibhausgasemissionen, was sie zu einer idealen Alternative zu fossilen Brennstoffen macht.
Was ist ein Tokamak?
Ein Tokamak ist eine experimentelle Vorrichtung, die entwickelt wurde, um ein heißes Plasma mit Hilfe eines starken Magnetfelds einzuschließen. Sein Ziel ist es, die Kernfusionsreaktionen, die natürlich in Sternen stattfinden, nachzubilden, um auf der Erde Energie zu erzeugen.
Seine Struktur basiert auf einer torusförmigen Kammer, in der Atomkerne auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Bei diesen extremen Temperaturen kollidieren die Kerne und verschmelzen, wodurch eine noch größere Menge an Energie in Form von Wärme freigesetzt wird.
Das Magnetfeld, das von supraleitenden Spulen erzeugt wird, verhindert, dass das Plasma die Wände des Reaktors berührt. Ohne diesen Einschluss würden die Temperaturen die Materialien des Tokamaks zerstören. Eine der größten Herausforderungen besteht daher darin, dieses Plasma stabil und eingeschlossen zu halten, um über einen ausreichend langen Zeitraum nutzbare Energie zu erzeugen.
Projekte wie ITER in Frankreich und EAST in China zielen darauf ab, zu demonstrieren, dass die Fusion durch Tokamak zu einer praktikablen Energiequelle werden kann. Wenn diese experimentellen Reaktoren erfolgreich sind, ebnen sie den Weg für Fusionskraftwerke, die saubere und nahezu unbegrenzte Energie liefern können.