Wissenschaft: Joint European Torus erzeugte 59 Megajoule aus Kernfusion

Fünf Sekunden stabile Kernfusion liefern einen neuen Rekord, Daten für Iter und dem Personal praktische Erfahrung beim Bau und Betrieb von Fusionsreaktoren.

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Künstlerische Darstellung des Plasmas in JET
Künstlerische Darstellung des Plasmas in JET (Bild: UK Atomic Energy Authority)

16 Kilowattstunden Fusionsenergie in fünf Sekunden ist ein neuer Rekord, der dieses Jahr im Joint European Torus (Jet) aufgestellt wurde, dem derzeit einzigen Fusionsreaktor der stabile Kernfusion mit Deuterium und Tritium betreiben kann. Es war die zweite große Fusionskampagne von Jet - und wohl auch die letzte. Der alte Rekord, aus der ersten Kampagne von 1997, lag bei etwa sechs Kilowattstunden in der gleichen Zeit.

Inhalt:
  1. Wissenschaft: Joint European Torus erzeugte 59 Megajoule aus Kernfusion
  2. Modelle zeigen, dass Iter funktionieren wird

Das Ziel der Kampagne war es aber nicht, neue Rekorde anzustreben, sondern Daten und Erfahrung für den Bau und Betrieb des Internationalen Thermonuklearen Experimentellen Reaktors (Iter) zu sammeln. Der befindet sich derzeit in Caderache in Frankreich im Bau und soll nach derzeitiger Planung 2025 erstmals ein Plasma erzeugen. Die 16 kWh erzeugter Fusionsenergie entsprachen dabei den vorher modellierten Annahmen.

Der durchschnittlichen Fusionsenergieabgabe des Plasmas von 12 Megawatt stand eine externe Heizleistung von 36 Megawatt gegenüber, was einem Q-Faktor von 0,33 entspricht. Iter soll im Dauerbetrieb einen Q-Faktor von 10 erreichen, er soll eine Fusionsleistung von 500 MW mit nur 50 MW Heizleistung im Plasma erreichen. Es wurde kein Versuch unternommen, den alten Rekord von Q=0,66 zu brechen, als Jet 1997 mit einem instabilen Plasma für Sekundenbruchteile eine Fusionsleistung von 16 Megawatt mit 24 Megawatt Heizleistung erreichte.

Der Stromverbrauch der gesamten Anlage ist deutlich höher, und bei der Stromerzeugung geht auch mehr als 50 Prozent der Energie aus der Kernfusion verloren. Für ein Kraftwerk müssten wohl mindestens ein Q-Faktor von 20 erreicht oder ein brennendes Plasma erzeugt werden. In einem brennenden Plasma gibt die Fusionsreaktion genug Wärme ins Plasma ab, um sich ohne äußere Heizung selbst zu erhalten. Der Q-Faktor verliert dann seine Bedeutung. Die bisherigen Reaktoren sind davon aber sehr weit entfernt.

Fünf Sekunden reichen für die Wissenschaft

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Aber Jet ist ein alter Reaktor, dessen Bau vor fast einem halben Jahrhundert im Jahr 1973 beschlossen wurde. Darin liegt auch der Grund für die kurze Betriebsdauer. Das Magnetfeld von Jet wird nicht mit damals noch wenig erprobten Supraleiterspulen erzeugt, sondern mit Kupferspulen. Die Spulen heizen sich durch den elektrischen Widerstand der Kupferdrähte stark auf und erlauben so nur den Betrieb für wenige Sekunden. Die Betriebsdauer von Fusionsreaktoren mit modernen supraleitenden Magnetspulen wird davon nicht begrenzt.

Erneuerbare Energien und Klimaschutz: Hintergründe - Techniken und Planung - Ökonomie und Ökologie - Energiewende (Deutsch)

Die Betriebszeit von fünf Sekunden ist trotzdem lang genug, um auf den dauerhaften Betrieb zurückschließen zu können. Denn die Plasmateilchen werden im 3,5 Tesla starken Magnetfeld von Jet durchschnittlich nur für rund eine halbe Sekunde eingeschlossen, weshalb dauerhaft neue Partikel eingeschossen und aufgeheizt werden müssen. Das Plasma wird in den fünf Sekunden also etwa zehnmal komplett ausgetauscht.

Die Einschlusszeit wird in Iter wegen dessen Größe und des stärkeren Magnetfelds rund vier Sekunden betragen. Es muss also im Verhältnis viel weniger Plasma eingeschossen und aufgeheizt werden, ein wichtiger Grund für die bessere Energiebilanz des Reaktors. Jet stellt dabei in seine heutigen Form ein Modell für Iter dar, das von Größe und Magnetfeldstärke abgesehen Daten aus möglichst vergleichbaren Bedingungen mit Iter liefern soll.

Dazu wurde der Reaktor nach der letzten Fusionskampagne von 1997 umgebaut.

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Modelle zeigen, dass Iter funktionieren wird 
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t0ejammer 20. Feb 2022

GROWIAN ist nicht ganz der richtige Vergleich. Da hat man von 0 auf 100 gebaut und im...

Dwalinn 11. Feb 2022

2050 müssen wir aber unseren co2 Ausstoß bereits so stark gesenkt haben damit die Domino...

Dwalinn 11. Feb 2022

In letzter Zeit ist der Kostenfaktor zu einen sehr wichtigen Punkt geworden, lese ich...



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