Kernfusion: Angewandte Science-Fiction

Bis 2025 Strom aus Kernfusion produzieren: Diesen mehr als ehrgeizigen Plan verfolgt das britische Unternehmen Tokamak Energy. Nicht alles, was die Firma sagt, ist verkehrt.

Ein Bericht von veröffentlicht am
Das Plasma in einem sphärischen Tokamak ist fast kugelförmig.
Das Plasma in einem sphärischen Tokamak ist fast kugelförmig. (Bild: Tokamak Energy)

Große Versprechen hat es in der Geschichte der Kernfusion immer wieder gegeben, gehalten wurden sie selten. Tokamak Energy will schon im Jahr 2025 in einem Experiment Strom aus Kernfusion gewinnen und 2030 Strom ans Stromnetz liefern. Aussicht auf Erfolg gibt es kaum. Trotzdem ermöglichen die Pläne des britischen Unternehmens einen Einblick in die Schwierigkeiten bei der Entwicklung von praktisch nutzbaren Kernfusionsreaktoren.

Inhalt:
  1. Kernfusion: Angewandte Science-Fiction
  2. Optimistische Extrapolationen funktionieren selten

Tony Donne, Programmdirektor von Eurofusion, einem Zusammenschluss der staatlichen Kernfusionsforschung in Europa, hat in den letzten 30 Jahren viele solche Versprechen gehört. Trotzdem sagt er: "Ich denke, es ist wirklich gut, dass es solche Firmen gibt. Durch sie bleiben wir am Ball." Wie der Name des Unternehmens schon andeutet, will es Kernfusion mit relativ herkömmlicher Technik betreiben, einem sphärischen Tokamak.

Kugelförmige, kompakte Reaktoren

Während der Reaktor in einem normalen Tokamak die Form eines Donuts hat, ist ein sphärischer Tokamak fast kugelförmig und hat nur noch eine zylindrischen Säule in der Mitte. Es ist die kompakteste mögliche Form eines Tokamaks, die auch erfolgreich in der Forschung erprobt wurde. Sphärische Tokamaks können mit der gleichen Magnetfeldstärke einen deutlich höheren Plasmadruck erreichen als herkömmliche Tokamaks.

Tokamak Energy will daraus den kleinstmöglichen Fusionsreaktor bauen und hofft, damit die Entwicklungskosten klein und die Entwicklungszeit kurz zu halten. Die Entwickler wollen den neuen Hochtemperatursupraleiter benutzen, um möglichst starke Magnetfelder zu erreichen und im Plasma eine H-Mode zu erzeugen, einen Plasmazustand, der besonders wenig Wärme leitet. Dadurch soll das Plasma weniger Energie verlieren.

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Nach einem physikalischen Modell des Reaktors soll es möglich sein, einen Fusionsreaktor mit einer Leistung von 185 MW und einem Radius von 1,35 Metern zu bauen. Im Vergleich dazu hat der Kernfusionsreaktor Iter des gleichnamigen europäischen Forschungsprojekts bei einer Leistung von 500 MW einen Torus mit einem Radius von 6 Metern. Der Torusring selbst hat einen Radius von 2 Metern. Trotzdem hält Tony Donne das Modell für physikalisch weitgehend plausibel, auch wenn Tokamak Energy von einigen sehr optimistischen Annahmen ausgeht. Das Problem ist die Größe des Reaktors.

Die Wände werden zu heiß

"Es ist weniger das Magnetfeld des Reaktors, das dessen Größe bestimmt, als vielmehr die Wärmebelastung der Reaktorwände", erklärt Donne. Die Energie, die in einem Fusionsreaktor freigesetzt wird, muss von den Reaktorwänden aufgenommen und abgeleitet werden. Die Wände von Iter werden mit etwa 10 Megawatt pro Quadratmeter belastet.

Ein so kleiner Reaktor, wie ihn Tokamak Energy bauen will, hätte eine viel größere Belastung auszuhalten. Denn die Oberfläche des Reaktors schrumpft im Verhältnis viel stärker als die Leistung. Bisher hat das Unternehmen keine Lösung für diese Probleme demonstriert. "Es kann durchaus sein, dass sie eine Kombination von Parametern gefunden haben, die funktioniert. Aber wir haben diesen Ansatz verworfen", sagt Donne dazu.

Bisher hat Tokamak Energy zwei ST25 Tokamaks mit einem Plasmaradius von 25 Zentimetern gebaut, darunter auch einen mit Hochtemperatursupraleitern. Der Bau des größeren ST40 ist geplant, auch wenn dort einfache Kupferspulen zum Einsatz kommen sollen. Das erlaubt zwar keine langen Laufzeiten, ist aber billiger und soll ausreichen, um die physikalischen Modelle weiter zu überprüfen. Denn zur Plasmaheizung soll ein experimentelles Verfahren zum Einsatz kommen. Zwei Plasmaringe werden erzeugt und durch Kompression miteinander verschmolzen.

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Optimistische Extrapolationen funktionieren selten 
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bombinho 24. Feb 2017

Ich hatte mal nachgerechnet, die Waermekapazitaet des Plasma _und_ auch die...

Eheran 16. Feb 2017

Hm? Gar nicht. Aber das ist "im" Reaktor doch auch nicht anders zu erwarten und klar?

Enter the Nexus 15. Feb 2017

Hoch im Norden ist die Nacht ganz schön lang.

Ovaron 14. Feb 2017

In reinen Forschungsreaktoren, für wenige Augenblicke. Bis zum ersten kommerziellen...



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