Fusionsreaktoren sind doppelt so effektiv, wie bisher angenommen
Fusionsenergie gilt als große Hoffnung der Menschheit. In speziellen Reaktoren werden dabei die Abläufe in der Sonne nachgestellt. Die Prämisse: Nahezu unendlich saubere Energie, mit wenigen oder gar keinen radioaktiven Abfällen.
Wie Forschende jetzt herausgefunden haben, könnten Fusionsreaktoren sogar noch mehr Energie erzeugen, als bisher angenommen wurde, berichtet LiveScience. Dazu wurde eine über 30 Jahre alte Grundregel neu berechnet.
Das Plasma-Problem
Während bei Atomkraftwerken Kerne gespalten werden, werden sie bei der Kernfusion verschmolzen. Das Prinzip der Kernfusion ist dafür verantwortlich, dass die Sonne und andere Sterne Energie ausstrahlen.
Um die Kernfusion zu starten und zu erhalten, wird hohe Hitze benötigt. Bei der Sonne reichen 15 Millionen Grad Celsius, weil der Kern des Sterns unter hohem Druck steht. Auf der Erde sind dafür 120 Millionen Grad Celsius nötig.
Dieses heiße Plasma würde jedes bekannte Material vernichten. Daher muss es mit einem Magnetfeld in Zaum gehalten werden.
30 Jahre alte Formel
Bei Experimenten in den 80er-Jahren mit Fusionsenergie stellten die Forschenden fest, dass das Plasma außer Kontrolle gerät, wenn zuviel Treibstoff für die Fusion, in diesem Fall Wasserstoff, zugefügt wird. Das Plasma durchbricht dann das Magnetfeld und beschädigt die Reaktorwände.
Der MIT-Physiker Martin Greenwald stellte dazu 1988 Forschungen an. Anhand des inneren Durchmessers des Tokamak-Fusionsreaktors und der Stärke des Plasmastroms, stellte er eine Formel auf. Diese wurde bekannt als das Greenwald-Limit.
Dieses Greenwald-Limit wurde zu einem Fundament für die Fusionsenergie-Forschung. Viele Reaktoren in der vorherrschenden Tokamak-Bauweise, werden auf Basis dieses Limits gestaltet und errichtet. Dazu gehört auch ITER, der derzeit in Frankreich errichtet wird.
Limit ist doppelt so hoch
Eine aktuelle Studie des Swiss Plasma Center an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (ETHL) hat nun festgestellt, dass das Greenwald-Limit viel zu niedrig ist.
Demnach könne die Treibstoffdichte im Plasma deutlich höher sein. Der Schlüssel dieser Erkenntnis ist, dass das Plasma eine höhere Treibstoffdichte verträgt, wenn sich der Energie-Output des Fusionsreaktors erhöht.
Dadurch könne man die Leistung voraussichtlich verdoppeln. Um genau zu bestimmten, wie viel höher dann die elektrische Energie sein wird, die damit erzeugt werden kann, sei es noch zu früh. Die Steigerung sei laut den Forschenden aber „signifikant“.
Höhere Treibstoffdichte sorgt für weniger Ausfälle
Außerdem würde laut den Forschenden eine höhere Treibstoffdichte die Bedienung des Fusionsreaktors einfacher machen. Sie helfe dabei die gewünschte Stabilität zu bekommen, um die Kernfusion aufrecht zu erhalten.
Die neuen Erkenntnisse sollen ua. bei ITER zum Einsatz kommen, der voraussichtlich 2025 erstmals Plasma erzeugen wird. Für die Stromgewinnung ist dieser Fusionsreaktor aber noch nicht gedacht. Auf Basis der Forschung bei ITER sollen weitere Versuchsreaktoren entstehen, die ab 2051 Strom erzeugen. Auch deren Designs werden durch die neue Studie zur Treibstoffdichte beeinflusst werden, so die Forschenden.