Neue Bauweise soll Fusionsreaktoren deutlich billiger machen
Die Fusionsforschung hat noch viele Herausforderungen zu meistern. Dass der Bau der Reaktoren aufwändig und teuer ist, erschwert die Entwicklung zusätzlich. Jetzt hat ein Team des Princeton Plasma Physics Laboratory zumindest für dieses Problem eine Antwort gefunden.
Ihr Reaktor MUSE nutzt statt teuren, komplex geformten Elektromagneten, handelsübliche Haushaltsmagnete. Sie bauten damit einen Reaktor des Typs Stellarator. Bei dieser Bauweise wird ein Magnetfeld erzeugt, das wie ein in sich verdrehtes Band geformt ist. Es hält das Millionen Grad heiße Plasma in der Schwebe, das ansonsten den Reaktor zerstören würde.
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Kühlschrankmagnete statt teurer Maßanfertigungen
Normalerweise werden Elektromagnete für Stellaratoren speziell angefertigt. Das System lässt kaum Raum für Abweichungen zu, weshalb die Fertigung der Elektromagnete besonders exakt sein muss. Das macht sie teuer. Sie brauchen zudem Strom, um das Magnetfeld zu erzeugen.
Die verwendeten Magnete hingegen brauchen weder Strom noch müssen sie für jeden Reaktor individuell gefertigt werden. Laut dem Forschungsteam sind die gleiche Art Permanentmagnete, die auch Fotos am Kühlschrank festhalten. Verpackt in einer Verkleidung aus dem 3D-Drucker erzeugen sie ein Magnetfeld, das stark genug ist, um das Plasma in Zaum halten.
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Links: Permanentmagneten; rechts: 3D-gedruckte Außenhülle
© Xu Chu / PPPL /Michael Livingston / PPPL Communications Department
Günstige Bauweise könnte Forschung beschleunigen
Das Prinzip erinnert an die andere Bauweise von Fusionsreaktoren, den Tokamak. Dort muss durch das Plasma im Inneren Strom fließen. Dadurch kann das Plasma nicht über längere Zeit stabil gehalten werden.
Bei Stellatoren hingegen wäre ein Dauerbetrieb möglich, weil sie das Plasma nur von außen beeinflussen. Ein Nachteil ist bisher, dass das Plasma noch nicht so hohe Temperaturen erreicht, wie bei einem Tokamak.
Die günstige Bauweise von MUSE würde es ermöglichen, dass weltweit mehr Wissenschaftler*innen an der Technologie forschen können. Mehr Forschung könnte einen schnelleren Durchbruch bedeuten.
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100-Mal besser als bisherige Stellaratoren
MUSE ist aber nicht nur günstiger. Er weist auch ein hohes Maß an Quasisymmetrie auf. Das bedeutet, dass das Magnetfeld im Inneren des Reaktors zwar eine andere Form als dessen Außenhülle hat, es aber gleichmäßig ist. Damit bleibt das Plasma gut eingeschlossen, was zentral für die Fusionsreaktion ist.
Laut Michael Zarnstorff, einem der Entwickler von MUSE, funktioniert das 100-Mal besser als bei bisherigen Reaktoren. Diese Quasisymmetrie soll in weiteren Experimenten nun genauer erforscht werden. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachmagazin Journal of Plasma Physics veröffentlicht.