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Atomfusion Rekordzeit - Südkoreas Fusionsreaktor entfesselt die Kraft der Sonne

Blick in den Ring
Blick in den Ring
© KSTAR / PR
Im Rennen zum Bau eines Fusionsreaktors gelang Korea ein Rekord: 100 Millionen Grad heißes Plasma konnte 20 Sekunden lang in dem Ring von KSTAR gehalten werden.

Deutschland ist aus der Kernkraft ausgestiegen, viele andere Länder wollen sie ausbauen. Ihr Rezept: Kernkraftwerke plus erneuerbare Energie sind der Mix, um komplett auf fossile Brennstoffe zu verzichten (Lesen Sie hierzu: "Wie neue Atomkraftwerke den Klimawandel stoppen wollen"). Im Hintergrund wird an der Fusionstechnik gearbeitet, sie verspricht unendliche Mengen sauberer Energie, ist aber technisch nur schwer zu meistern.

Das Tokamak-Prinzip

Die vielversprechendsten Anlagen arbeiten nach dem Tokamak-Prinzip. Hier halten Magnetspulen ein heißes Plasma in einem Ring, der an einen verdrehten Donut erinnert. Auch die koreanische Fusionsanlage mit dem Namen Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) ist so aufgebaut. Dort wurde ein Weltrekord aufgestellt. Man konnte das Plasma 20 Sekunden lang bei über 100 Millionen Grad Celsius in dem Ring halten.

Diese Ablagen simulieren Verhältnisse, wie sie im Inneren der Sonne herrschen. Doch die Magnete können nicht den hohen Druck der Sonne aufbauen, entsprechend höher muss die Temperatur sein. Bei einer Wasserstoffbombe initiiert die Zündung einer Atombombe den Prozess. In dem Ring ist es sehr viel schwieriger, den Prozess über längere Zeit stabil aufrecht zu erhalten. Seit den 1950er-Jahren arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt daran, nun ist man bei 20 Sekunden angekommen.

Entscheidende Barriere

Der neue Rekord basiert auf der hohen Temperatur von 100 Millionen Grad Celsius. Bei etwa der Hälfte der Temperatur konnte man in Korea 2016 schon 70 Sekunden erzielen. China stellte 2017 mit seinem Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) einen neuen Rekord auf, indem es gelang, das Plasma 102 Sekunden bei etwa 50 Millionen Grad zu halten (Lesen Sie hierzu: "Heißer als die Sonne - China-Reaktor erreicht Durchbruch in der Kernfusion").

Der Sprung auf 100 Millionen ist entscheidend. Nur so können die Ionen so viel kinetische Energie erhalten, um die abstoßende elektrostatische Kraft zu überwinden, die sie daran hindert, miteinander zu verschmelzen. Schon 2018 konnte KSTAR Hochtemperaturplasma bei über 100 Millionen Grad halten, allerdings nur für etwa 1,5 Sekunden. Ziel ist es, bis zum Jahr 2025 fünf Minuten zu schaffen. Gelingt dies, wird die Tür zu einem dauerhaften Prozess, wie er für einen kommerziellen Betrieb notwendig ist, aufgestoßen.

"Die Technologien, die für einen langen Betrieb des 100-Millionen-Plasmas erforderlich sind, sind der Schlüssel zur Realisierung der Fusionsenergie, und der Erfolg des KSTAR bei der Aufrechterhaltung des Hochtemperaturplasmas für 20 Sekunden wird ein wichtiger Wendepunkt im Rennen um die Sicherung der Technologien für den langen Hochleistungsplasmabetrieb sein, eine kritische Komponente eines zukünftigen kommerziellen Kernfusionsreaktors", sagt Si-Woo Yoon, Direktor des KSTAR-Forschungszentrums am Korea Institute of Fusion Energy (KFE).

Der ITER profitiert

Die Ergebnisse, die in KSTAR erreicht werden, fließen in die Entwicklung des ITER ein, der in Südfrankreich gebaut wird. Neben den großen Forschungsanlagen, zu denen auch Wendelstein 7-X in Deutschland zählt (Lesen Sie: "Deutscher Fusionsreaktor auf dem Weg zu unendlicherEnergie"), gibt es seit einiger Zeit Versuche, einen Fusionsreaktor anders aufzubauen und nicht weiter den Wegen zu folgen, die in den frühen 1950ern beschritten wurden. Sie haben sich als so mühsam erwiesen, dass Fachleute folgendes Szenario für die Tokamak-Reaktoren wie den ITER befürchten: Wenn es endlich gelingt, auf diese Weise eine dauerhafte Fusion zu erreichen, wird der Reaktor so teuer, dass er keinen konkurrenzfähigen Strom erzeugen wird.

Shortcuts zur Fusion

Die britische Regierung will bis 2040 einen kommerziellen Fusionsreaktor bauen, der auf einem alternativen Design beruht (Lesen Sie hierzu: "Britische Regierung will eigenen Fusionsreaktor in Rekordzeit bauen") Die Oxford-Gründung First Light Fusion will mit ihrer "Projektil"-Technik schon 2030 günstigen Fusionsstrom erzeugen. Gemeinsam ist diesen Verfahren, dass sie nicht versuchen, dass extrem heiße Plasma lange zu zähmen, wie die Tokamak-Technik es probiert. Sie setzen auf eine kontinuierliche Abfolge von einzelnen Fusionsereignissen. Ein Prozess ähnlich wie dem der Wasserstoffbombe, nur als ewige Salve von Mini-Explosionen.

Quelle: Phys.org

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