Studie zu Instabilitätsproblem: Kernfusion als Energiequelle
Forschende der TU Wien finden potenzielle Lösung für den Schutz der Reaktorwand bei einer Kernfusion. Dies stellt ein grundlegendes Problem in Reaktoren dar.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Kernfusion könnte die Energiequelle der Zukunft sein.
- Für grössere Reaktoren müssen die Wände noch besser vom heissen Plasma geschützt werden.
- Dafür gibt es jetzt einen neuen Ansatz.
Die Kernfusion könnte sich als die Energiequelle der Zukunft erweisen. Das Prinzip, bei dem aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie erzeugt wird, steckt momentan aber noch in den Kinderschuhen. Bis heute gibt es keine kommerzielle Anlage, denn die Fusionsreaktorwände sind noch unzureichend vom heissen Plasma geschützt.
Das Problem bei der Kernfusion
In einem sogenannten Tokamak-Reaktor wird das ungefähr 100 Millionen Grad Celsius heisse Plasma in einem kreisrunden Vakuumgefäss gehalten. Diese unglaubliche Hitze kann die Wände des Reaktors nachhaltig schädigen. Dies soll durch sehr starke Magnete verhindert werden, welche bei herkömmlichen Konzepten der Kernfusion am ehesten ellipsenförmig angeordnet sind. Dabei kommt es aber immer wieder zu Plasmainstabilitäten, wobei viel sehr heisses Plasma die Reaktorwände kaputt machen kann.
Bei kleineren Reaktoren halten die Wände solche Instabilitäten aus. Bei grösseren wie dem in Südfrankreich im Bau befindlichen «International Thermonuclear Experimental Reactor» (ITER) ist das schwieriger. Dort, wo viele Teilchen und dadurch auch viel Energie im Spiel sind, hätte das «gravierende Folgen». Dies erklärt Georg Harrer vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien.
Neuer Ansatz
Nun konnten die Wiener Physiker zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) eine Lösung für dieses Problem entwickeln. Die Studie wurde im Fachblatt «Physical Review Letters» veröffentlicht.
Beim neuen Ansatz werden die Magnete nicht ellipsenförmig, sondern eher wie in einem abgerundeten Dreieck angeordnet. Wenn zusätzlich die Teilchen-Konzentration an den Rändern hoch ist, bildet sich eine Art «Schutzschicht mit Gas». Dadurch können Plasmainstabilitäten verhindert werden.
Getestet wurde das schon an kleinen Fusionsreaktoren in der Schweiz und am doppelt so grossen «ASDEX Upgrade» in Deutschland. Der nächste Test wird am eins grösseren «Joint European Torus» (JET) in Culham (GB) durchgeführt.
Der Vorteil des neuen Ansatzes ist, dass kleine Instabilitäten mehrere tausendmal pro Sekunden auftreten. Diese extrem kurzen Ausbrüche können die Reaktorwand aber nicht so aufheizen, wie das die grossen Ausbrüche können.
