Robert Klatt
Bei Experimenten mit dem Fusionsreaktor DIII-D-Tokamak wurde die bisher für möglich gehaltene Grenze der Plasmadichte deutlich übertroffen. Dabei spielte die Alpha-Stabilisierung eine entscheidende Rolle.
San Diego (U.S.A.). Die Erforschung der Kernfusion hat in den letzten Jahren signifikante Fortschritte gemacht. Wissenschaftler des Korea Institute of Fusion Energy (KFE) haben etwa kürzlich 100 Millionen Grad Celsius heißes Plasma über 100 Sekunden lang im sogenannten Hocheinschlussmodus (H-Modus) stabil gehalten. Nun haben Forscher von General Atomics (GA) bei Experimenten mit dem Fusionsreaktor DIII-D-Tokamak, einer Versuchsanlage des U.S. Department of Energy (DOE), für einen Zeitraum von 2,2 Sekunden eine Plasmadichte erreicht, die die Greenwald-Dichte, die bisher für möglich gehaltene Grenze, stark übertrifft (+ 20 %).
Laut der Publikation im Fachmagazin Nature haben die Forscher zudem den Energieeinschluss im Plasma gegenüber den Standardverfahren stark erhöht (+ 50 %) und die Edge-localized modes (ELMs), also Instabilitäten am Rand des Plasmas, die die Reaktorwände beschädigen können, deutlich reduziert. Überdies konnte auch die Instabilitäten am Rand des Plasmas Divertor, der Verunreinigungen des Plasmas entfernt, deutlich reduziert werden, was wiederum die Erosion der Reaktorwand senkt.
Die Wissenschaftler erklären, dass die enormen Fortschritte durch einen hohen Druckunterschied im Plasma bei einem starkem Plasmastrom möglich waren. Es kam dadurch zu einer „Barriere“, durch die der Einfluss des Plasmas im Magnetfeld verbessert wurde und durch die, die Vermischungen reduziert wurden. Das Fusionsexperiment belegt somit, dass es in einem ein bei einer hohen Plasmadichte nur zu kleinen ELMs kommt und der Energieeinschluss besser ist als bei einer geringen Plasmadichte. Diese Erkenntnisse sind laut den Forschern entscheidend für die Entwicklung für die effiziente und ökonomische Energiegewinnung durch Kernfusion.
Die gesammelten Daten zeigen zudem, dass die Alpha-Stabilisierung entscheidend ist. Es handelt sich dabei um einen Effekt, der bei einem hohen Plasmadruck und einer optimalen Verteilung des Plasmastroms auftritt. Im Fusionsexperiment haben die Forscher den High-Poloidal-Beta-Betriebsmodus verwendet, um für möglichste gute Bedingungen zu sorgen. Es ist laut ihnen deshalb sinnvoll, diesen Betriebsmodus weiter zu optimieren, um ihn in kommenden Fusionskraftwerken nutzen zu können.
Nature, doi: 10.1038/s41586-024-07313-3
