Seit Langem träumen Forscher davon, die Energiequelle der Sonne auf Erden nachbauen zu können. Einem Team vom MIT ist nun ein großer Fortschritt gelungen:
Seit Jahrzehnten träumen Forscher davon, die Energiequelle der Sonne auf der Erde nachzubauen, in einem Kernfusionsreaktor. Milliarden sind so in das internationale Großprojekt Iter in Südfrankreich geflossen, das jedoch lange von Kostensteigerungen, Verzögerungen und Organisationsproblemen geplagt wurde.
Doch vielleicht wird es schon bald von unerwarteter Seite überholt? Forscher des Massachusetts Institute of Technology machen schon länger mit großen Ankündigungen von sich reden - nun haben sie offenbar einen Meilenstein bei der Entwicklung eines kommerziellen Kernfusionsreaktors geschafft. In Zusammenarbeit mit dem Start-up Commonwealth Fusion Systems konnten die Physikerinnen und Ingenieure ein Magnetfeld von bislang unerreichter Stärke erzeugen. Die Kollaboration hat eine magnetische Flussdichte von 20 Tesla demonstriert - und damit ganze acht Tesla mehr, als der Iter-Magnet schafft. Der Vorteil der MIT-Magnete ist, dass sie Kernfusion auf viel geringerem Raum ermöglichen könnten. Nachdem mit der Inbetriebnahme des Magneten ein entscheidender Schritt gelungen ist, will das MIT-Team bis 2025 den Demonstrationsreaktor Sparc bauen. Er ist viel kleiner geplant als Iter - und könnte dennoch der erste Fusionsreaktor weltweit sein, der mehr Energie erzeugt, als er zur Aufrechterhaltung des Plasmas verbraucht. Das ist zwar auch das Ziel von Iter, aber die MIT-Ingenieure wollen schneller sein. Die Reaktion findet in einem Plasma statt, einem Gas geladener Teilchen, bei Temperaturen von schwindelerregenden 100 Millionen Grad Celsius. Kein irdisches Behältnismaterial kann solcher Hitze standhalten. Daher müssen die Teilchen durch ein starkes Magnetfeld in Schach gehalten werden.Hier ist den Wissenschaftlern aus Boston ein Fortschritt gelungen. Im Gegensatz zu Iter, wo Elektromagneten aus Tieftemperatur-Supraleitern verwendet werden, arbeiten die Forscher vom MIT-CFS mit Hochtemperatur-Supraleitern. Dabei handelt es sich um Kupferoxid-Verbindungen, deren elektrischer Widerstand unterhalb einer bestimmten Temperatur sprunghaft auf Null sinkt und die dann extrem starken Strom verlustfrei leiten. Das am MIT verwendete Material ermöglicht starke Magnetfelder auf sehr engem Raum. Hochtemperatur-Supraleiter sind zudem auch deshalb reizvoll, weil ihnen eine einfache Kühlung mit Flüssigstickstoff in Zukunft ausreichen könnte. Aktuell werden sie allerdings noch mit teurem Flüssighelium gekühlt. Hartmut Zohm, der am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching forscht, hält die Entwicklung der supraleitenden Spule der MIT-Ausgründung für einen wichtigen Schritt."Es eröffnet neuen Spielraum", sagt er. Ein stärkeres Magnetfeld sei gleichbedeutend mit besserem Plasmaeinschluss. Ermöglicht wurde der Spulenbau durch Fortschritte in der Werkstoffentwicklung. So lassen sich die für ihre Sprödigkeit berüchtigten Keramik-Kupferoxide mittlerweile zu flexiblen Bändern wälzen. Aus diesen Bändern können dann große Spulen gewickelt werden. Ein weiterer Kniff ist, dass die Magnetspule aus 16 aufeinander gestapelten Einzelmagneten besteht, wobei jeder für sich genommen stärker wäre als existierende Hochtemperatur-Supraleitermagnete. Im Ergebnis soll der geplante MIT-CFS-Reaktor Sparc ein 40-mal kleineres Volumen als der Iter-Reaktor benötigen, der satte 30 Meter im Durchmesser hat. Wie dieser soll er nach dem donutförmigen Tokamak-Prinzip gebaut werden. Im Vakuum im Inneren dieses Donuts sind die Plasmateilchen dann wie in einer Flasche in einem Magnetfeld gefangen.
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