Helical Fusion gelingt Meilenstein auf dem Weg zur kommerziellen Fusion

Das japanische Fusions-Start-up Helical Fusion ist laut eigenen Angaben der kommerziellen Fusionsenergie einen Schritt näher. Das Unternehmen führte den weltweit ersten Leistungstest einer Hochtemperatur-Supraleistungsspule unter Bedingungen durch, die auch in Inneren einer Fusionsanlage herrschen.

Das Start-up wurde 2021 gegründet und setzt auf den Stellarator-Ansatz. Sogenannte Stellaratoren nutzen ein speziell geformtes Spulensystem, das durch elektrische Ströme eine Art magnetischen Käfig um den Reaktor bildet. 

Anders als beim Tokamak-Reaktor, der ein Donut-förmiges Plasma erzeugt, wird die Plasmastabilität beim Stellarator nur von Magnetfeldern von außen beeinflusst. Beim Tokamak muss zusätzlich Strom ins Plasma induziert werden. Das macht Stellaratoren zumindest theoretisch stabiler, die Herstellung der Magnetfeldspulen und die exakte Justierung des Magnetfeldes sind aber aufwändiger. 

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Spule als Kernstück des Stellarators

Um das Magnetfeld herzustellen, nutzt Helical Fusion HTS-Spulen. HTS (High Temperatur Superconductors) sind Materialien, die bei extrem niedrigen Temperaturen keinen elektrischen Widerstand haben und daher enorm hohe Ströme leiten können. Das ist nötig, um das starke Magnetfeld aufzubauen, damit das mehr als 100 Millionen Grad Celsius heiße Plasma im Fusionsreaktor in der Schwebe gehalten wird. Bei Helical Fusion sind diese Spulen wie eine Doppelhelix um das Plasma herumgelegt.

Als kritische Temperatur für Hochtemperatursupraleiter gilt 77 Kelvin, bzw. -196 Grad Celsius. Sie können also mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Die HTS-Spulen von Helical Fusion wurden bei dem Test aber mit flüssigem Helium auf -258 Grad Celsius gekühlt. Dabei erreichte der Leiter einen stabilen Stromfluss (40.000 Ampere) und hielt einem Magnetfeld von 7 Tesla stand. 

Die HTS-Spule ist ein Kernstück für Helical Fusions künftigen Fusionsreaktor namens Helix Haruka. Der erfolgreiche Test ebnet dem Unternehmen den Weg für den Bau des Demonstrationsgeräts. "Wir haben die Möglichkeit, vor dem Rest der Welt Fusion für die Stromerzeugung zu nutzen", sagt Helica-Fusion-Chef Takaya Taguchi in einer Aussendung am Montag. Der nächste Schritt ist die Integration der HTS-Spule in den Testreaktor.

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Auf Haruka folgt Kraftwerk Kanata

Mit den Erkenntnissen, die Helix Haruka liefert, soll dann das Kraftwerk Helix Kanata gebaut werden. Dieses soll 3 Schlüsselanforderungen erreichen: Zunächst soll mehr Energie erzeugt werden, als für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Plasmas gebraucht wird. Zweitens soll Strom kontinuierlich hergestellt werden. Und drittens soll der Reaktor aus Komponenten aufgebaut sein, die auch regelmäßig gewartet werden können. Das Kraftwerk soll in den 2030er-Jahren fertiggestellt werden.

Flüssiges Metall als Wärmeableiter

Im Demonstrationsreaktor Helix Haruka, einer kleineren Form von Helix Kanata, soll auch das Blanket von Helical Fusion ausgetestet werden. Diese Hülle, die sich direkt um das Plasma schließt, nimmt die bei der Fusion entstehenden Neutronen auf und wandelt diese in Wärmeenergie um. Das Unternehmen will das mit flüssigem Metall umsetzen, das sich in der Hülle befindet und dank Pumpen in einem Kreislauf zirkuliert. Dadurch soll die Hitze aus dem Reaktor besser abgeführt werden können, um damit Wasser zu erhitzen und Dampfturbinen anzutreiben.