Rätsel der Plasma-Physik mit Fusionsreaktor gelöst

Der größte Teil der sichtbaren Materie im Universum ist weder fest, flüssig noch gasförmig, sondern befindet sich im Plasmazustand – zum Beispiel auch unsere Sonne. Plasma ist ein hochenergetisches Gemisch aus Elektronen und Ionen. Wenn man es in ein Magnetfeld bringt, reagiert es zuweilen unvorhersehbar, wie die Oberfläche der Sonne oder geomagnetische Stürme zeigen.

3 koreanische Forscher konnten nun experimentell zeigen, wie winzige Wellen im Plasma zu massiven strukturellen Veränderungen führen. Ihre Erkenntnisse zu dieser Kettenreaktion, die auch „multiscale coupling“ (multiskalare Kopplung) genannt wird, haben sie in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

➤ Mehr lesen: Voids im Plasma: Rätsel um Fusionsreaktoren gelöst

Magnetische Turbulenzen im Fusionsreaktor

Das Physiker-Team – bestehend aus Park Jong Yoon, Yoon Young Dae und Hwang Yong Seok – analysierte experimentelle Daten aus dem Fusionsreaktor der Seoul National University (SNU). Dort wurden mithilfe eines starken Elektronenstrahls mikroskopische magnetische Turbulenzen verursacht.

Diese erhöhten den Widerstand des Plasmas, wodurch es zur magnetischen Rekonnexion kam. Das heißt, dass sich die Struktur des Magnetfeldes abrupt ändert, wobei große Energiemengen freigesetzt werden. Das hat strukturelle Veränderungen des Plasmas auf einer größeren, makroskopischen Ebene zur Folge. Die Forscher konnten also zeigen, dass schon kleinste magnetische Turbulenzen die Energie des magnetischen Feldes in thermische Plasmaenergie umwandeln.

Simulationen mit Supercomputer

Die Forscher prüften ihre Ergebnisse aus der Beobachtung des Fusionsreaktors mit Partikel-Simulationen. Dafür nutzen sie den KAIROS-Supercomputer des koreanischen Instituts für Fusionsenergie.

➤ Mehr lesen: Französischer Fusionsreaktor stellt neuen Rekord auf

Die neuen Erkenntnisse können einerseits beim Verständnis des Ursprungs unseres Universums helfen. Andererseits bringen sie die Forschung zur Fusionsenergie voran: „Wir hoffen, dass diese Untersuchungen nicht nur den Interpretationsrahmen in der Plasmaphysik erweitern, sondern auch als Grundlage für die Entwicklung neuer Fusions-Technologien dienen werden“, sagt Yoon Young Dae in einer Aussendung.