China baut Gerät, um Eiskügelchen in Fusionsreaktor zu schießen

Fusionsreaktoren erzeugen Energie, indem sie Wasserstoff-Isotope - also Deuterium und Tritium - zu Helium verschmelzen. Dabei wird Energie in Form von Wärme freigesetzt. Um diese Fusionsreaktion in Gang zu setzen, braucht es Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius.

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Das Plasma, in dem die Reaktionen ablaufen, muss durch starke Magnete in der Schwebe gehalten werden. Sonst würde die Hitze die Reaktorwände zerstören. Da stellt sich natürlich die Frage: Wie kriege ich neuen Brennstoff in den Reaktor, damit die Fusionsreaktion kontinuierlich weiterlaufen kann?

Maschinengewehr mit gefrorenen Kugeln

Die Antwort: Man schießt gefrorene Brennstoffpellets direkt ins Plasma. Würde man Deuterium und Tritium lediglich als Gas in den Reaktor "einspritzen", würde der Brennstoff das Plasma nie erreichen.

Beim deutschen Fusionsreaktor ASDEX Upgrade, dem koreanische KSTAR oder dem US-amerikanische DIII-D wurden solche Nachfüllsysteme bereits erprobt. Beim Versuchs-Kernreaktor ITER, der momentan in Südfrankreich entsteht, soll eine solche Pellet-Injektion ebenfalls zum Nachfüllen des Brennstoffs ins Plasma genutzt werden.

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Auch China experimentiert beim Reaktor EAST mit einem solchen Nachfüllsystem, berichtet das Hefei Institut für Physik. Die neueste Variante kann Pellets mit einem Volumen von bis zu 12 Kubikmillimeter in das Plasma schießen, und das bis zu 10 Mal pro Sekunde.

Dabei werden die Pellets auf Geschwindigkeiten von mehr als 300 Meter pro Sekunde beschleunigt. Das System soll demnächst beim EAST-Reaktor eingesetzt werden.

Die Vorteile einer solchen Pellet-Injektion sind vielfältig. Das Plasma wird dadurch nicht so stark gestört, dass es sich auflöst. Durch die Geschwindigkeit und Einschussstelle kann auch die Brennstoffverteilung gesteuert werden. 

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Außerdem verursachen die superkalten Pellets - ihre Temperatur liegt nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt - sogenannte ELMs (Edge-localized Mode). Diese scharfen Energieausstöße kann man mit kleinen Sonneneruptionen vergleichen. 

Diese Energieausbrüche können spontan auftreten und die Reaktorwand beschädigen. Durch die Injektion von gefrorenem Brennstoff können kleinere ELMs allerdings gezielt ausgelöst werden. Somit sinkt das Risiko für größere, zerstörerische Ausbrüche.