Kernfusion: US-Forscher bauen Stellarator mit Permanentmagneten
Bisher galt der Tokamak als die bevorzugte Reaktorkammer für Kernfusion per Magneteinschluss. Eine neue Entwicklung in den USA könnte dem Stellarator den Vorzug geben.
Ein Team des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hat einen Stellarator gebaut, der statt mit Elektromagneten mit Permanentmagneten arbeitet. Die Permanentmagnete sind handelsübliche Produkte. Die Gehäuse, in die sie eingebaut werden, stammen aus dem 3D-Drucker.
Der Reaktor, Muse genannt, sei "weitgehend aus handelsüblichen Komponenten aufgebaut" , sagte Michael Zarnstorff(öffnet im neuen Fenster) , ein Physiker am PPPL, der an dem Muse mitarbeitete. "Durch die Zusammenarbeit mit 3D-Druck-Dienstleistern und Magnetlieferanten können wir die Präzision, die wir brauchen, einkaufen, anstatt sie selbst zu entwickeln."
Magnete halten das Plasma in der Schwebe
Die Kernfusion (g+) ist der große Hoffnungsträger für saubere Energieerzeugung. Dabei werden die Wasserstoffisotope Deuterium (D) und Tritium (T) verschmolzen, wie im Innern eines Sterns. Die Kerne fusionieren allerdings bei einer Temperatur von 150 Millionen Grad. Da kein Material diesen Temperaturen standhält, wird das Plasma aus den Wasserstoffisotopen durch Magnete in der Schwebe gehalten. Dafür sind sehr leistungsfähige Magnete nötig.
Ein Stellarator braucht normalerweise sehr komplex geformte Elektromagnete. Diese müssen präzise gebaut werden und haben kaum Fehlertoleranz, was sie sehr teuer macht. Vorteil eines Stellarators gegenüber dem Tokamak ist, dass der Betrieb einfacher ist: Es muss kein elektrischer Strom durch das leitende Plasma fließen. Zudem kann der Stellarator im Dauerbetrieb eingesetzt werden. Ein Tokamak hingegen arbeitet pulsweise.
Iter wird ein Tokamak
Die meisten Fusionsreaktoren basieren auf dem Prinzip des Tokamak, darunter der internationale Forschungsreaktor Iter , der in Südfrankreich gebaut wird. Die Fusionsforschungsanlage Wendelstein 7-X in Greifswald nutzt einen Stellarator. Auch die deutschen Start-ups Proxima Fusion und Gauss Fusion setzen auf diesen Reaktortyp.
Das neue Stellarator-Design stellte das Team in den Fachzeitschriften Journal of Plasma Physics(öffnet im neuen Fenster) und Nuclear Fusion(öffnet im neuen Fenster) vor.
"Die Verwendung von Permanentmagneten ist eine völlig neue Art, Stellaratoren zu konstruieren" , sagte Tony Qian, Hauptautor der Studien. "Diese Technik ermöglicht es uns, neue Ideen zum Plasmaeinschluss schnell zu testen und neue Geräte einfach zu bauen."