Chinesischer Versuchsreaktor erzielt Durchbruch in der Kernfusion

Kernfusionsreaktoren sollen saubere Energie genauso zur Verfügung stellen, wie die Sonne Planeten beheizt – durch eine Verschmelzung von Wasserstoffatomen. Auf diese Weise soll Energie auf besonders saubere und klimaneutrale Weise gewonnen werden. Diesem Ziel ist ein Versuchsreaktor in China nun wesentlich nähergekommen.

Der Versuchsreaktor erreichte eine Plasmakerntemperatur von mehr als 100 Millionen Grad

Der Versuchsreaktor mit der Bezeichnung „Chinas künstliche Sonne“ ist eine Konstruktion des Hefei Institutes of Physical Science von der Chinese Academy of Sciences. Die ersten Erfolge können sich sehen lassen: Im Rahmen eines Experiments erzielte der Reaktor eine Plasmakerntemperatur von über 100 Millionen Grad Celsius. Dieser Wert ist sogar sechsmal heißer als der innere Kern der Sonne. Diese Temperaturzone begünstigt eine Fusion der Kerne. Derzeit ist auf der Erde noch eine höhere Temperatur als in der Sonne notwendig, da bisher noch keine Plasmakonzentration erzielt werden konnte, wie diese im Inneren der Sonne durch Gravitation entsteht. Dieser Umstand muss durch die erhöhte Temperatur ausgeglichen werden.

So funktioniert die Plasmaerhitzung

„EAST“ bzw. „Experimental Advanced Superconducting Tokamak“ ist der offizielle Name des Reaktors, dessen innerer Ring an seiner typischen Donut-Form erkennbar ist. In diesem Raum herrscht ein Vakuum vor, in das Wasserstoffatome weitergeleitet werden. Zur Erzeugung des Plasmas werden die Atome durch verschiedene Vorgehensweisen erwärmt. Das Plasma wird durch mehrere leistungsstarke supraleitende Magneten zusammengepresst. Wird das Plasma nach Erreichen einer bestimmten Temperatur komprimiert, bilden sich in dem Donut-Bereich ähnliche Bedingungen wie in der Sonne heraus. Die Wasserstoffatome verschmelzen. Dadurch wird Energie freigesetzt. Wissenschaftler möchten eine Anlage konzipieren, in welcher Fusionsreaktionen ohne größere Fremdeinwirkung weiterlaufen. Dadurch könnte der Versuchsreaktor im Betrieb mehr Energie gewinnen, als für den Start des Prozesses nötig ist.

Unterschiede zu anderen Versuchsanlagen

Doch bis dieses Ziel erreicht ist, wird vermutlich noch einige Zeit ins Land gehen. Bislang ist es EAST „nur“ gelungen, Temperatur sowie Kompression für etwa zehn Sekunden herzustellen. Dennoch belegt das Institut mit diesem Experiment, dass es durchaus realistisch ist, für eine Kernfusion notwendige Temperaturen zu erzeugen. EAST ist einer von mehreren Reaktoren, mit dem weltweit Voraussetzungen für eine kontrollierte Fusion erforscht werden. Dennoch weisen Versuchsanlagen wie die deutsche Wendelstein 7-X eine andere Funktionsweise auf. Bei diesem Modell wird der Plasmaring über Magnetspulenbänke an Ort und Stelle gehalten. Auf diese Weise ist es über diese Anlagen einfacher, die Optionen des Plasmas zu kontrollieren. Anfang 2018 erreichte der W7-X Helium eine Erhitzung der Temperatur auf 40 Millionen Grad. Allerdings bleibt dieser Wert weit hinter den für einen Fusionsprozess benötigten 100 Millionen Grad zurück.

Magnetfelder sollen das Plasma selbst erzeugen

Im Gegensatz zu anderen Reaktoren beansprucht der chinesische EAST-Reaktor Magnetfelder, die Plasma selbst herstellen, damit der Plasmaring seine Form beibehält. Dieses Verfahren ist zwar noch nicht stabil. Doch dafür werden durch diesen Prozess höhere Temperaturen erreicht. Aus strategischer Sicht bietet diese Prozedur den Vorteil, dass über den Fusionsprozess eigenständig Energie bereitgestellt wird. Diese Energie ist zur Beherrschung des Plasmas erforderlich. Die Erfindung des Versuchsreaktors zeigt auf, dass Wissenschaftler diesen Weg grundsätzlich weiter beschreiten können. Dennoch ist das Prinzip für die Erbauung eines funktionsfähigen Reaktors noch längst nicht ausgeschöpft.