Kernfusion: Plasmadichte überschreitet theoretische Grenze deutlich
Laut der Veröffentlichung in Science Advances(öffnet im neuen Fenster) wurde am Tokamak East der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die sogenannte Greenwald-Dichte(öffnet im neuen Fenster) für magnetisch eingeschlossenes Plasma nennenswert überschritten. Gleichzeitig konnten in dem Experiment Temperaturen mehr als 100 Millionen Kelvin erreicht werden.
Etwas über sechs Sekunden lag die Dichte 65 Prozent über dem theoretischen Maximum, das auch in früheren Experimenten schon etwas überschritten wurde. Möglich war das, weil in früheren Berechnungen von einer geringeren Kontrolle des Plasmas ausgegangen wurde, so dass auch sich eine niedrigere theoretische Grenze ergab.
Eine derart deutliche Überschreitung bei gleichzeitig hohen Temperaturen gab es in einem Tokamak nach Auskunft der Forschungsgruppe bisher nicht. Auch am Tokamak East fanden die Experimente bislang im Bereich der ursprünglichen Vorhersagen statt.
Kombinierte Techniken für einfache Handhabung
Erreicht wurden die Werte an dem speziellen Forschungsreaktor, der bereits einen Langzeitrekord für ein stabiles Plasma erreichen konnte, durch die Kombination zweier Techniken.
Zum einen wurde der Anfangsdruck des Deuteriums erhöht. Zum anderen nutzte man eine spezielle Mikrowellenheizung, eine Elektronenzyklotronresonanzheizung, um gezielt die Elektronen im Plasma zu beschleunigen und die Temperatur des Plasmas zu erhöhen. Im Ergebnis vergrößerte sich das Temperaturgefälle zwischen den inneren und äußeren Bereichen des Plasmas, wodurch die Reaktorwände einer geringeren Belastung ausgesetzt waren.
Dort befindet sich eine Wolframbeschichtung, aus der bei hohen Temperaturen mehr Atome ausgeschlagen werden, sich mit dem Plasma vermischen und durch die anschließende Abstrahlung eine höhere Temperatur des Plasmas verhindern. Weil die äußeren Bereiche bei den Experimenten kühler waren, konnte genau dieses Verhalten verhindert werden.
Internationale Zusammenarbeit für erfolgreiche Kernfusion
Die Versuche am Tokamak East sollen bestenfalls dazu beitragen, den Fusionsreaktor Iter in Südfrankreich zu optimieren. Das chinesische Forschungsteam ist an dem im Bau befindlichen Reaktor beteiligt.
Mit einer höheren Dichte des Plasmas bei Temperaturen jenseits von 100 Millionen Kelvin erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für Fusionsreaktionen zwischen dem eingebrachten Wasserstoffisotop Deuterium und Tritium. Tokamak East ist dafür zu klein und dient nur vorbereitenden Experimenten. Iter wird ein etwa 100-fach größeres Plasmavolumen erreichen.
Die durchbrochene Grenze der Greenwald-Dichte gilt nur für Tokamaks. In einem Stellarator kann die Dichte des Plasmas durch den veränderten Aufbau des Magnetfelds bis zu fünfmal höher(öffnet im neuen Fenster) sein. Der Stand der Forschung ist bei diesem Reaktorkonzept jedoch noch nicht so weit fortgeschritten wie beim Tokamak.