Phillip Hopkins
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Ein privates Kernfusionsunternehmen hat zum ersten Mal ein Wasserstoffplasma in einem neuen Reaktor auf 15 Millionen Grad Celsius erhitzt - heißer als der Kern der Sonne.
Tokamak Energy mit Sitz in Großbritannien sagt, der Plasmatest sei ein Meilenstein auf dem Weg, der erste der Welt zu sein, der möglicherweise bis 2030 kommerziellen Strom aus Fusionskraft erzeugt.
Das Unternehmen, das nach der Vakuumkammer benannt ist, die die Fusionsreaktion in starken Magnetfeldern enthält, kündigte Anfang Juni die Schaffung des Superhot-Plasmas in seinem experimentellen ST40-Fusionsreaktor an.
Der erfolgreiche Test - die höchste Plasmatemperatur, die Tokamak Energy bisher erreicht hat - bedeutet, dass der Reaktor nun im nächsten Jahr für einen Test eines noch heißeren Plasmas mit mehr als 100 Millionen Grad Celsius vorbereitet wird..
Dadurch wird der ST40-Reaktor innerhalb der Betriebstemperaturen gebracht, die für eine kontrollierte Kernfusion erforderlich sind. Das Unternehmen plant, bis 2025 einen weiteren Reaktor zu bauen, der mehrere Megawatt Fusionsleistung produzieren wird.
"Es war wirklich aufregend", sagte David Kingham, Mitbegründer von Tokamak Energy. "Es war sehr gut zu sehen, wie die Daten durchkamen und in der Lage waren, die Hochtemperaturplasmen zu erhalten - wahrscheinlich über das hinaus, was wir uns erhofft hatten." [Science Fact oder Fiktion? Die Plausibilität von 10 Sci-Fi-Konzepten]
Tokamak Energy ist eines von mehreren privat finanzierten Unternehmen, die um die Schaffung eines funktionierenden Fusionsreaktors kämpfen, der möglicherweise Jahre vor Mitte der 2040er Jahre Strom ins Netz einspeisen kann, wenn das ITER-Fusionsreaktorprojekt in Frankreich voraussichtlich sogar sein "erstes Plasma" erreichen wird. ""
Es könnte noch ein Jahrzehnt dauern, bis der experimentelle ITER-Reaktor bereit ist, eine nachhaltige Kernfusion zu erzeugen - und selbst dann wird die Reaktion nicht zur Stromerzeugung verwendet.
Stern in einem Glas
Die Kernfusion von Wasserstoff zu dem schwereren Element Helium ist die Hauptkernreaktion, die unsere Sonne und andere Sterne Milliarden von Jahren lang brennen lässt - weshalb ein Fusionsreaktor manchmal mit einem "Stern in einem Glas" verglichen wird.
Die Kernfusion findet auch in leistungsstarken thermonuklearen Waffen statt, die auch als Wasserstoffbomben bezeichnet werden. Dabei wird Wasserstoff durch Plutoniumspaltungsvorrichtungen auf Fusionstemperaturen erhitzt, was zu einer Explosion führt, die hundert- oder tausendmal stärker ist als eine Spaltbombe.
Erdgebundene kontrollierte Fusionsprojekte wie ITER und die Tokamak Energy-Reaktoren werden ebenfalls Wasserstoffbrennstoff schmelzen, jedoch bei viel höheren Temperaturen und niedrigeren Drücken als in der Sonne.
Befürworter der Kernfusion sagen, dass dies viele andere Arten der Stromerzeugung überflüssig machen könnte, indem große Mengen Strom aus relativ kleinen Mengen der schweren Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium erzeugt werden, die im gewöhnlichen Meerwasser relativ häufig vorkommen.
"Fünfzig Kilogramm Tritium und 33 Kilogramm Deuterium würden ein Jahr lang ein Gigawatt Strom produzieren", während die Menge an schwerem Wasserstoffbrennstoff im Reaktor zu einem bestimmten Zeitpunkt nur wenige betragen würde Gramm, sagte Kingham.
Das ist genug Energie, um mehr als 700.000 durchschnittliche amerikanische Haushalte mit Strom zu versorgen, so die US Energy Information Administration.
Bestehende Kernspaltungsanlagen erzeugen Strom ohne Treibhausgasemissionen, werden jedoch mit radioaktiven schweren Elementen wie Uran und Plutonium betrieben und erzeugen hochradioaktive Abfälle, die sorgfältig behandelt und gelagert werden müssen. [5 Alltägliche Dinge, die radioaktiv sind]
Theoretisch könnten Fusionsreaktoren weitaus weniger radioaktive Abfälle produzieren als Spaltreaktoren, während aufgrund ihres relativ geringen Brennstoffbedarfs Kernschmelzen wie die Katastrophe von Tschernobyl oder der Unfall von Fukushima laut ITER-Projekt unmöglich wären.
Der erfahrene Fusionsforscher Daniel Jassby, der einst Physiker am Princeton Plasma Physics Laboratory war, hat jedoch gewarnt, dass ITER und andere vorgeschlagene Fusionsreaktoren immer noch erhebliche Mengen an radioaktivem Abfall erzeugen werden.
Weg zur Kernfusion
Der ST40-Reaktor und zukünftige Reaktoren, die von Tokamak Energy geplant wurden, verwenden ein kompaktes kugelförmiges Tokamak-Design mit einer fast runden Vakuumkammer anstelle der breiteren Donutform, die im ITER-Reaktor verwendet wird, sagte Kingham.
Ein entscheidender Fortschritt war die Verwendung von supraleitenden Hochtemperaturmagneten, um die starken Magnetfelder zu erzeugen, die erforderlich sind, um zu verhindern, dass das superschnelle Plasma die Reaktorwände beschädigt, sagte er.
Die 7 Fuß hohen (2,1 Meter) Elektromagnete um den Tokamak Energy-Reaktor wurden mit flüssigem Helium gekühlt, um bei minus 253,15 Grad Celsius zu arbeiten..
Die Verwendung fortschrittlicher magnetischer Materialien verschaffte dem Tokamak Energy-Reaktor einen signifikanten Vorteil gegenüber dem ITER-Reaktordesign, bei dem leistungshungrige Elektromagnete verwendet würden, die auf einige Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt wären, sagte Kingham.
Weitere von Investitionen finanzierte Fusionsprojekte umfassen die Entwicklung von Reaktoren General Fusion mit Sitz in Britisch-Kolumbien und TAE Technologies mit Sitz in Kalifornien.
Ein in Washington ansässiges Unternehmen, Agni Energy, hat ebenfalls über frühe experimentelle Erfolge mit einem anderen Ansatz zur kontrollierten Kernfusion berichtet, der als "Beam-Target-Fusion" bezeichnet wird und Anfang dieser Woche veröffentlicht wurde.
Eines der fortschrittlichsten privat finanzierten Fusionsprojekte ist der kompakte Fusionsreaktor, der vom US-amerikanischen Verteidigungs- und Luftfahrtgiganten Lockheed Martin in seiner technischen Abteilung Skunk Works in Kalifornien entwickelt wird.
Das Unternehmen sagt, ein 100-Megawatt-Fusionsreaktor, der 100.000 Haushalte mit Strom versorgen kann, könnte klein genug sein, um einen LKW-Anhänger aufzusetzen und dorthin zu fahren, wo er benötigt wird.
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