Rebco: Neuer Magnet soll Kosten der Kernfusion immens senken

Kernfusion gilt als die Energiequelle der Zukunft. Ein am MIT entwickelter supraleitender Magnet soll ihr zum Durchbruch verhelfen.

Artikel veröffentlicht am 11. März 2024, 13:31 Uhr, Werner Pluta

Testaufbau für den supraleitenden Rebco-Magneten: Kosten um Faktor 40 reduziert (Bild: Gretchen Ertl/MIT)

Supraleitende Magnete spielen eine wichtige Rolle in der Kernfusion – das Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen Magneten entwickelt, der die Kosten deutlich senken und so der Kernfusion zum Durchbruch verhelfen soll.

Das Team um Dennis Whyte nutzte ein neues Material für die supraleitenden Magnete: Rare-Earth Barium Copper Oxide (Rebco). Das Team arbeitet seit Ende des letzten Jahrzehnts daran. 2021 erzielte es einen wichtigen Durchbruch mit einem Magneten aus Rebco. Die Ergebnisse wurden erst jetzt in mehreren Artikeln in der Fachzeitschrift IEEE Transactions on Applied Superconductivity veröffentlicht.

Rebco habe zwei große Vorteile, sagen die Forscher: Der eine ist, dass das Material bereits bei 20 Kelvin (minus 253,15 Grad Celsius) supraleitend wird. Bisher für die Fusion genutzte Magnete müssen dafür auf 4 Kelvin (minus 269,15 Grad Celsius) gekühlt werden. Diese 16 Kelvin sollen "erhebliche Vorteile in Bezug auf die Materialeigenschaften" bringen.

Die Isolierung fehlt

Der zweite Vorteil ist, dass die dünnen Bänder aus dem supraleitenden Material, die den Magneten bilden, nicht isoliert werden müssen. Normalerweise werden die Bänder isoliert, um Kurzschlüsse zu verhindern. Die Isolierung wegzulassen, vereinfacht die Konstruktion der Magnete erheblich.

Das Team um Whyte baute einen neun Tonnen schweren Rebco-Magneten, der ein Magnetfeld von einer Stärke von 20 Tesla erzeugt – zum Vergleich: Das Erdmagnetfeld kommt auf 30 Mikrotesla. Diesen Rebco-Magneten testete es anschließend ausgiebig. Dabei wurde auch erprobt, wie der Magnet auf das Abschalten der Stromversorgung für die Kühlvorrichtung reagiert. Dadurch kann ein supraleitender Magnet zerstört werden. Doch der MIT-Magnet überstand diesen Härtetest weitgehend unbeschadet.

"Nachdem wir alle anderen Aspekte der Spulenleistung getestet hatten, haben wir absichtlich das Schlimmste getan, was einer Spule passieren kann", sagte Whyte. Dabei sei nur ein kleiner Teil der Spule beschädigt worden. Daraufhin sei die Konstruktion noch einmal überarbeitet worden, um derartige Schäden künftig zu vermeiden.

Wasserstoffisotope verschmelzen

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 supraleitende Magnete nötig, die aber sehr teuer sind.

Mit den erfolgreichen Tests des neuen Rebco-Magneten hätten sich "die Kosten pro Watt eines Fusionsreaktors an einem Tag fast um den Faktor 40" verringert, resümierte Whyte. "Jetzt hat die Kernfusion eine Chance."