Was ist Magnetic Confinement Fusion?

Magnetic Confinement Fusion ist ein Ansatz zur Kernfusion, bei dem ein Plasma (ionisiertes Gas) in einem Magnetfeld suspendiert und dessen Temperatur und Druck auf ein hohes Maß erhöht werden. Kernfusion ist eine Art von Kernenergie, die erzeugt wird, wenn leichte Atomkerne - Wasserstoff, Deuterium, Tritium oder Helium - bei hohen Temperaturen und Drücken miteinander verschmolzen werden. Das gesamte Licht und die Wärme der Sonne stammen aus Kernfusionsreaktionen, die in ihrem Kern ablaufen. Hierdurch kann die Sonne überhaupt existieren - der äußere Druck der Fusionsreaktionen gleicht die Tendenz zum Gravitationskollaps aus.

Obwohl die Menschheit die Spaltungsenergie, die schwere Kerne zerbricht, für die Kernenergie genutzt hat, entgeht uns die erfolgreiche Fusionsenergie immer noch. Bisher verbraucht jeder Versuch, Fusionsenergie zu erzeugen, mehr Energie als sie erzeugt. Die magnetische Confinement-Fusion ist einer von zwei gängigen Ansätzen für die Kernfusion - der andere ist die Inertial Confinement-Fusion, bei der ein Brennstoffpellet mit Hochleistungslasern beschossen wird. Derzeit gibt es ein Multi-Milliarden-Dollar-Projekt, das jeden Weg verfolgt - die National Ignition Facility in den USA führt eine Fusion mit Trägheitsbeschränkungen durch, und der International Thermonuclear Experimental Reactor, ein internationales Projekt, führt eine Fusion mit Magnetbeschränkungen durch.

Experimente zur Fusion von magnetischen Einschließungen begannen 1951, als der Physiker und Astronom Lyman Spitzer den Stellerator baute, ein achteckiges Plasma-Einschließungsgerät. Ein großer Durchbruch gelang 1968, als russische Wissenschaftler der Öffentlichkeit das Tokamak-Design vorstellten, ein Torus, der das Design der meisten künftigen Magnet-Confinement-Fusionsgeräte darstellen sollte. 1991 gab es einen weiteren Schritt nach vorne mit dem Bau des START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) in Großbritannien, eines Spheromaks oder eines sphärischen Tokamaks. Tests ergaben, dass dieses Gerät bei der Initiierung von Fusionsreaktionen etwa dreimal besser ist als die meisten Tokamaks, und Sphäromaks sind weiterhin ein Forschungsgebiet in der Fusionsforschung.

Damit die Fusionsreaktionen effizient ablaufen, muss das Zentrum eines Tokamak-Reaktors auf Temperaturen um 100 Millionen Kelvin erhitzt werden. Bei so hohen Temperaturen haben die Partikel eine enorme kinetische Energie und versuchen ständig zu entkommen. Eine Fusionsforschung vergleicht die Herausforderung der Magnet-Confinement-Fusion mit der des Zusammendrückens eines Ballons. Wenn Sie auf eine Seite drücken, springt dieser einfach auf eine andere Seite heraus. Bei der Magnet-Confinement-Fusion führt dieses "Herausspringen" dazu, dass Hochtemperaturpartikel mit der Reaktorwand kollidieren und Metallstücke in einem als "Sputtern" bekannten Prozess abkratzen. Diese Partikel absorbieren Energie, senken die Gesamttemperatur des eingeschlossenen Plasmas und erschweren das Erreichen der richtigen Temperatur.

Wenn Fusionsenergie beherrscht werden könnte, könnte sie zu einer beispiellosen Energiequelle für die Menschheit werden, aber selbst die optimistischsten Forscher rechnen nicht mit einer kommerziellen Energieerzeugung vor 2030.