Chinas experimenteller Kernfusionsreaktor, der oft als „künstliche Sonne“ bezeichnet wird, hat einen wichtigen Meilenstein erreicht, indem er hochdichtes Plasma über zuvor festgelegte Betriebsgrenzen hinaus aufrechterhält. Dieser Fortschritt bringt die Menschheit dem lang ersehnten Ziel einer nahezu unbegrenzten, sauberen Energie näher – auch wenn praktische Anwendungen noch Jahrzehnte entfernt sind.
Die Herausforderung der Fusion
Kernfusion – der Prozess, der die Sonne antreibt – verspricht reichlich Energie ohne den radioaktiven Abfall, der mit der Kernspaltung verbunden ist, oder die Treibhausgasemissionen fossiler Brennstoffe. Es ist jedoch unglaublich schwierig, diesen Prozess auf der Erde zu reproduzieren. Eine große Hürde ist die Aufrechterhaltung eines stabilen Plasmas : überhitzte Materie, in der Atome miteinander verschmelzen. Plasma neigt bei hohen Dichten dazu, instabil zu werden, wodurch die Reaktion gestoppt wird. Diese Instabilität wird durch das bestimmt, was Wissenschaftler das Greenwald-Limit nennen.
Wie China die Grenze durchbrach
Der Experimental Advanced Supraconducting Tokamak (EAST)-Reaktor in China hat diese Grenze durch sorgfältige Steuerung der Wechselwirkung des Plasmas mit den Reaktorwänden überwunden. Die Forscher haben den anfänglichen Brenngasdruck und die Häufigkeit der Mikrowellenerwärmung fein abgestimmt, um das Plasma bei Dichten stabil zu halten, die 1,3 bis 1,65 Mal über der Greenwald-Grenze liegen. Dies ermöglichte es ihnen, einen zuvor theoretisierten Zustand zu erreichen, der als „dichtefreies Regime“ bezeichnet wird und bei dem die Stabilität auch bei zunehmender Dichte erhalten bleibt.
„Die Ergebnisse deuten auf einen praktischen und skalierbaren Weg zur Erweiterung der Dichtegrenzen in Tokamaks und brennenden Plasmafusionsgeräten der nächsten Generation hin.“ – Ping Zhu, Co-Hauptautor
Dies ist nicht das erste Mal, dass die Greenwald-Grenze überschritten wird. Auch die DIII-D-Einrichtung des US-Energieministeriums und Forscher der University of Wisconsin-Madison haben ähnliche Durchbrüche erzielt. Der Erfolg von EAST markiert jedoch das erste Mal, dass Plasma im dichtefreien Bereich aufrechterhalten wurde, was eine Theorie namens Plasma-Wand-Selbstorganisation (PWSO) bestätigt. PWSO legt nahe, dass eine ausgewogene Wechselwirkung zwischen Plasma und Reaktorwänden selbst extrem dichtes Plasma stabilisieren kann.
Warum das wichtig ist
Fusionsforschung ist ein langsamer, schrittweiser Prozess. Während eine praktische Fusionsenergie noch Jahrzehnte entfernt ist, ist die Überwindung des Greenwald-Limits ein entscheidender Schritt nach vorne. Die erhöhte Dichte ermöglicht häufigere Atomkollisionen und verringert die Energie, die zum Zünden einer selbsterhaltenden Reaktion benötigt wird.
China und die USA arbeiten beim International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) in Frankreich zusammen – dem größten Tokamak der Welt – der voraussichtlich ab 2039 mit der Produktion von Fusionsreaktionen in vollem Umfang beginnen wird. Fortschritte in Anlagen wie EAST werden sich direkt auf die Entwicklung künftiger Reaktoren auswirken und die Grenzen des Möglichen in der Fusionsenergie verschieben.
Trotz der Fortschritte bleibt die Kernfusion eine experimentelle Wissenschaft. Obwohl das Potenzial enorm ist, wird sie die aktuelle Klimakrise nicht lösen. Es könnte jedoch eine nachhaltige Energiequelle für kommende Generationen darstellen.
