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Das starke Magnetfeld lässt viel Spielraum für viel Kernfusion

Im Sparc-Reaktor kann Wasserstoffplasma mit einer Leistung von bis zu 25 MW aufgeheizt werden. Dabei soll die Kernfusion eine Leistung von wenigstens 50 MW erreichen, also den Q-Faktor 2. Ausgelegt ist der Reaktor für bis zu 140 MW aus Kernfusion mit 12,7 MW Heizleistung. Mit der vollen Heizleistung sollten physikalisch auch mehr als 250 MW erreichbar sein, dabei würden aber die Magnetfeldspulen überhitzen. Das ist weniger als die 73 MW Heizleistung von Iter mit 500 MW Fusionleistung, aber für den Bau eines funktionierenden Fusionskraftwerks und die Untersuchung des Plasmas ist der Q-Faktor die entscheidende Größe.

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Im Prinzip sollte Q=2 in dem Reaktor auch mit einem Magnetfeld von nur 8,6 Tesla erreicht werden können oder etwa mit einem stark verunreinigten Plasma. Das normale Magnetfeld mit 12,2 Tesla ist aber stark genug, um Q=2 selbst ohne den sogenannten H-Mode zu erreichen. Das ist ein besonderer Zustand des Plasmas, in dem es weniger Energie verliert. Bei der Erzeugung und Kontrolle dieses Zustands wurden in der Kernfusionsforschung große Fortschritte gemacht. Für den geplanten Q-Faktor von Q=11 sollen aber keine anderen Bedingungen notwendig sein, als sie ohnehin in Fusionsexperimenten weltweit erreicht werden, abgesehen von dem viel stärkeren Magnetfeld.

Das wichtigste Ziel von Sparc wird es sein, die Plasmazustände zu untersuchen, in denen der größte Teil der Heizenergie aus der Kernfusion stammt und nur noch ein kleiner Teil durch Mikrowellen, Einschuss von Teilchen oder ähnliche Mittel von außen zugeführt wird. Dazu gibt es bislang noch keine praktischen Messdaten, die werden aber benötigt, um die letzten Details für die Konstruktion des anschließend geplanten Arc-Fusionsreaktors zur Stromerzeugung zu erarbeiten.

10 Sekunden Kernfusion sind genug für die Forschung

Im Vergleich zu Iter hat der viel kleinere Sparc-Reaktor auch den Vorteil, dass die Bedingungen der Kernfusion nur für 10 Sekunden aufrechterhalten werden müssen, um alle physikalisch relevanten Daten zu messen, statt für mehrere Minuten wie bei Iter. Denn das Plasma erreicht in dem kleineren Volumen viel schneller seinen Gleichgewichtszustand. In der Folge müssen die Reaktorbestandteile in dieser Zeit weniger Wärme aufnehmen können, was die Anforderungen und Kosten der ganzen Konstruktion noch weiter reduziert.

Dieser Vorteil fällt beim Bau eines Kraftwerks mit dem größeren Arc-Reaktor natürlich weg. Dann muss der Reaktor dauerhaft laufen. Dabei wird sich zwischen den Magnetspulen und dem Plasma des Reaktorkerns auch noch ein Mantel aus flüssigem Metall befinden. Das Metall erfüllt dann mehrere Aufgaben. Bei der Kernfusion von Deuterium und Tritium entstehen im Reaktor große Mengen von Neutronen, die auch den größten Teil der Energie tragen. Sie werden in dem Metall abgebremst und heizen es auf.

Mit dem heißen Metall wird dann Dampf erzeugt und eine Turbine betrieben. Außerdem befindet sich in dem Metall ein Anteil von Lithium, das bei Bestrahlung mit Neutronen zu Helium und Tritium zerfällt, so kann sich der Reaktor dann selbst mit Tritium versorgen. Aber zurzeit liegt der Fokus darauf, die Physik der Kernfusion experimentell zu untersuchen und die Theorie zu bestätigen oder zu korrigieren. Der Bau von Sparc soll 2021 beginnen, nachdem die letzten Details der Konstruktion festgelegt sind. 2025 soll er in Betrieb gehen.

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 Energiewende: Sparc macht Fusionsforschung kleiner, billiger und schneller
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Kaiser Ming 07. Okt 2020 / Themenstart

im Prinzip ja Wasser oder Lithium davon gibts ja genug wie gesagt bin eh kein Fan von...

t0ejammer 06. Okt 2020 / Themenstart

Uhm, ja. Dein Zitat ist aber grade der Knackpunkt. Der Q=1 faktor ist eben scientific...

g0r3 06. Okt 2020 / Themenstart

Hast du dich gefragt, warum die USA das dann nicht bei ITER geschafft hat? Denn da sind...

t0ejammer 02. Okt 2020 / Themenstart

Ja, und? Du musst ja auch bedenken, dass du wenn du dich 2005 für eine...

t0ejammer 02. Okt 2020 / Themenstart

aneutronische fusion ist problematisch, da es das "Divertorproblem" nochmal um eine...

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