Ein schnellerer, kostengünstigerer Weg zur Fusionsenergie

Wissenschaftler arbeiten daran, die Entwicklung der Fusionsenergie drastisch zu beschleunigen, um frühzeitig Strom an das Stromnetz zu liefern und so die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Die Einführung einer bahnbrechenden Technologie – Hochtemperatursupraleiter -, mit denen Magnete gebaut werden können, die stärkere Magnetfelder erzeugen als bisher möglich, könnte ihnen helfen, dieses Ziel zu erreichen. Die Forscher planen, diese Technologie zu nutzen, um Magnete in der für die Fusion erforderlichen Größenordnung zu bauen, gefolgt vom Bau des weltweit ersten Fusionsexperiments, das einen Nettoenergiegewinn liefert.

Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen dem Plasma Science & Fusion Center des Massachusetts Institute of Technology und Commonwealth Fusion Systems, und sie werden ihre Arbeiten auf dem Treffen der American Physical Society Division of Plasma Physics in Portland, Ore, vorstellen.

Fusionskraft entsteht, wenn sich Kerne kleiner Atome zu größeren verbinden und dabei enorme Energiemengen freigesetzt werden. Diese Kerne, typischerweise schwerere Cousins des Wasserstoffs, Deuterium und Tritium genannt, sind positiv geladen und fühlen sich daher stark abstoßend an, was erst bei Temperaturen von Hunderten von Millionen Grad überwunden werden kann. Während diese Temperaturen und damit Fusionsreaktionen in modernen Fusionsexperimenten erzeugt werden können, sind die Bedingungen für einen Netto-Energiegewinn noch nicht erreicht.

Eine mögliche Lösung hierfür könnte die Erhöhung der Festigkeit der Magnete sein. Magnetfelder in Fusionsgeräten dienen dazu, diese heißen ionisierten Gase, die sogenannten Plasmen, isoliert und isoliert von der gewöhnlichen Materie zu halten. Die Qualität dieser Isolierung wird mit zunehmender Feldstärke effektiver, so dass man weniger Platz benötigt, um das Plasma heiß zu halten. Die Verdoppelung des Magnetfeldes in einem Fusionsgerät ermöglicht es, das Volumen zu reduzieren – ein guter Indikator dafür, wie viel das Gerät kostet – um den Faktor acht bei gleicher Leistung. Stärkere Magnetfelder machen die Fusion daher kleiner, schneller und kostengünstiger.

Ein Durchbruch in der Supraleitertechnologie könnte es ermöglichen, Fusionskraftwerke zum Erfolg zu führen. Supraleiter sind Materialien, die es ermöglichen, dass Ströme ohne Energieverlust durch sie hindurchgehen, aber dafür müssen sie sehr kalt sein. Neue supraleitende Verbindungen können jedoch bei wesentlich höheren Temperaturen betrieben werden als herkömmliche Supraleiter. Diese für die Fusion kritischen Supraleiter funktionieren auch in sehr starken Magnetfeldern.

Ursprünglich in einer Form, die für den Bau von Magneten nicht geeignet ist, haben die Forscher nun Wege gefunden, Hochtemperatursupraleiter in Form von „Bändern“ oder „Bändern“ herzustellen, die Magnete mit beispielloser Leistung herstellen. Das Design dieser Magnete ist nicht für Schmelzmaschinen geeignet, da sie viel zu klein sind. Bevor das neue Fusionsgerät, genannt SPARC, gebaut werden kann, müssen die neuen Supraleiter in die Art von großen, starken Magneten eingebaut werden, die für die Fusion benötigt werden.

Sobald die Magnetentwicklung erfolgreich ist, wird der nächste Schritt der Bau und Betrieb des SPARC-Fusionsexperiments sein. SPARC wird ein Tokamak-Fusionsgerät sein, eine Art magnetische Einschlusskonfiguration, die vielen bereits in Betrieb befindlichen Maschinen ähnelt (Abbildung 1).

Als Errungenschaft analog zum Erstflug der Gebrüder Wright bei Kitty Hawk, der einen Netto-Energiegewinn demonstriert, könnte das Ziel der Fusionsforschung seit mehr als 60 Jahren ausreichen, um die Fusion fest in die nationalen Energiepläne einzubinden und die kommerzielle Entwicklung einzuleiten. Ziel ist es, SPARC bis 2025 einsatzbereit zu haben.

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