Das Innere des Fusionsreaktors in Großbritannien.

Bild: Tokamak

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Atomkraft mal anders Tokamak: Fusionsreaktor erzeugt erstmals Plasma

05.05.2017

In Großbritannien gelang ein Durchbruch in der Kernfusion: Erstmals brachten sie einen Fusionsreaktor dazu, Plasma zu erzeugen.

Nachdem er das erste Mal eingeschaltet wurde, hat der neueste Fusionsreaktor des Vereinigten Königreichs Plasma erzeugen können. Das bedeutet, dass der Reaktor in der Lage war, eine geschmolzene Masse von elektrisch geladenem Gasplasma in seinem Kern erfolgreich zu bilden - ein Durchbruch für die Fusionsforschung.

Die Mitte der Sonne

Der ST40 genannte Fusionseaktor wurde von Tokamak Energy, einem privaten Fusionsenergieunternehmen, gebaut. Das Unternehmen wurde im Jahr 2009 mit dem Zweck gegründet, kleine Fusionsreaktoren zu entwerfen und zu entwickeln, um bis 2030 Fusionsenergie in das Stromnetz einzuspeisen. Jetzt, wo der ST40 in Betrieb ist, wird das Unternehmen die komplette Reihe von magnetischen Spulen installieren. Diese werden benötigt werden, um die erforderlichen Temperaturen zu erreichen. Der ST40 sollte bis zum Herbst 2017 eine Plasma-Temperatur erzeugen, die so heiß ist wie die Mitte der Sonne - das sind 15 Millionen Grad Celsius.

Tokamak Energy CEO David Kingham kommentierte in einer Pressemitteilung: „Heute ist ein wichtiger Tag für die Entwicklung von Fusionsenergie in Großbritannien und der Welt. Wir stellen das erste Weltklasse-gesteuerte Fusionsgerät vor, das von einem privaten Unternehmen entworfen, gebaut und betrieben wurde. Die ST40 ist eine Maschine, die Fusionstemperaturen - 100 Millionen Grad - in kompakten, kostengünstigen Reaktoren zeigt. Damit kann die Fusionskraft in Jahren, nicht Jahrzehnten, erreicht werden.“

Rasant schnelle Atomkerne prallen zusammen

Wenn zwei leichte Atome miteinander verbunden sind, um ein schwereres Atom zu bilden, nennt man es Fusion. Im Gegensatz zur Kernspaltung werden Atomkerne nicht zerteilt, sondern zwei Atome zu Plasma miteinander verschmolzen. Die Gesamtmasse des neuen Atoms ist geringer als die der beiden einzelnen, die sie gebildet haben. Die „fehlende“ Menge wird als Energie ausgegeben, wie schon Albert Einsteins E = mc²-Gleichung beschrieben hat.

In einem Fusionsreaktor wird ein Gasgemisch in einen luftleeren Behälter eingeflößt und auf 100 bis 150 Millionen Grad Celsius gebracht. Bei so hohen Temperaturen sind die Elektronen vom Atomkern getrennt und bilden so das elektrisch leitende Plasma. Diese Energiequelle hat viel Potential, weshalb Forscher weltweit daran interessiert sind. Sie hinterlässt keinen Müll und CO2 wird auch nicht ausgestoßen. Um die Kammer herum sind supraleitende Elektromagnete angebracht, die ein starkes Magnetfeld verursachen, etwa in der Stärke von zehn Tesla, die Einheit für die magnetische Flussdichte. Die Magnete halten das Plasma von den Kammerwänden fern, denn bei einer Berührung mit den Wänden würden sie abkühlen und die Reaktion unterbrochen werden. Die Dichte der Teilchen ist ein technisches Vakuum und die eigentliche Reaktion, die exothermische Kernreaktion, geschieht durch den Zusammenprall der rasanten Atomkerne.

Von Meilenstein zu Meilenstein

Der Weg zur Fusionsenergie von Tokamak Energy ist kurzfristig geplant. Das Unternehmen hat bereits sein halbes Ziel für die Fusionsenergie erreicht. „Nach dem 15-Millionen-Meilenstein ist das nächste Ziel für die ST40, Plasma-Temperaturen von 100 Millionen Grad im Jahr 2018 zu produzieren“, sagt Kingham. Die endgültigen Ziele sind die Herstellung der ersten Elektrizität mit dem ST40 bis 2025 und die Herstellung von kommerziell nutzbarer Fusionsenergie bis 2030.

Auch in Deutschland wird an der Fusionsenergie fleißig geforscht: Im Forschungsreaktor ASDEX Upgrade in Garching bei München, der sich im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) befindet, sowie der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald, ebenfalls zum IPP zugehörig. Auch in diesem Reaktor schließt ein Magnetfeld heißes Plasma ein.

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