Weniger als einen Meter breiter Baby-Fusionsreaktor erreicht 100 Millionen °C

Jun 02, 2023

In einem Kernreaktor mit einer Breite von weniger als einem Meter (3 Fuß) wurden Temperaturen erreicht, die siebenmal höher sind als im Zentrum der Sonne. Die Ionen im Inneren des kugelförmigen Tokamak ST40 stiegen auf über 100 Millionen Grad Celsius und brachen damit den Rekord für diesen Reaktortyp.

100 Millionen Grad Celsius (rund 180 Millionen Grad Fahrenheit) wurden bisher nur in viel größeren Reaktoren erreicht, die viel mehr Leistung benötigen. Dies ist eine bedeutende Leistung, da sie zeigt, dass die richtigen Bedingungen für die Fusion in kompakteren Reaktoren wie ST40 geschaffen werden können, die weniger Energie für den Betrieb benötigen.

„Während nationale Laboratorien Plasmatemperaturen von über 100 [Millionen] Grad in herkömmlichen Tokamaks gemeldet haben, die mindestens 15 Mal größer sind, wurde der Meilenstein von Tokamak Energy in fünf Jahren in einem kompakten kugelförmigen Tokamak erreicht“, sagte Stuart White von Tokamak Energy gegenüber IFLScience. „Sphärische Tokamaks maximieren die Fusionsleistung mit höherer Effizienz sowie geringeren Kapitalinvestitionen, Betriebskosten und einem kleineren Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Tokamaks. Dies ist sowohl wissenschaftlich als auch kommerziell der optimale Ansatz.“

Im Allgemeinen ist es schwieriger, die Fusion in einem kleineren Reaktor zu erreichen als in einem größeren. Um zu verstehen, warum, lassen Sie uns zunächst einen kurzen Rückblick auf die Kernfusion geben.

Bei der Fusion kommen zwei Atome zusammen und setzen dabei enorme Energiemengen frei. Dies liegt daran, dass sich in jedem Atom ein Kern befindet, der von Elektronen umkreist wird und Protonen und Neutronen enthält. Wenn Sie zwei Atome mit ausreichender Kraft zusammenschlagen, verbinden sich ihre Kerne und setzen große Energiemengen frei.

Das ist gut, denn alles, was es als Treibstoff benötigt, ist Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum, aber es ist harte Arbeit, weil die Verbindung von Atomen (zu Helium) enorme Temperaturen und Drücke erfordert. Um diese Bedingungen innerhalb eines Reaktors zu erreichen, ist normalerweise viel Ausrüstung und Platz erforderlich, aber hier haben wir es mit dem ST40 zu tun, der die Arbeit von Reaktoren übernimmt, die für den Betrieb etwa 2,6 Quadratkilometer (1 Quadratmeile) benötigen, was einem meterbreiten Metallei ähnelt .

„Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass in einem kompakten Hochfeld-ST relevante Ionentemperaturen für die kommerzielle Fusion mit magnetischem Einschluss erreicht werden können, und verheißen Gutes für Fusionskraftwerke, die auf dem Hochfeld-ST basieren“, schreiben die Forscher hinter der Leistung.

Während Horrorgeschichten wie die Katastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986 bei vielen Bedenken hinsichtlich der Kernenergie hervorgerufen haben, ist sie als Energiequelle wohl unschlagbar, wenn es um Nachhaltigkeit und Umweltauswirkungen geht. Da eine ständig wachsende Bevölkerung auf der Suche nach mehreren Geräten, Elektrofahrzeugen und genügend Energie ist, um alles am Laufen zu halten, ist die groß angelegte Stromerzeugung, wie sie durch Kernfusion erreicht wird, einer der umweltfreundlichsten Wege dorthin.

Dieser Sprung in der Fusionstechnologie könnte eines Tages den Weg für die Kernenergie ebnen, die den ständig wachsenden Energiebedarf der menschlichen Bevölkerung decken könnte.

„Dieses wichtige, von Experten begutachtete Ergebnis zeigt zum ersten Mal, dass Plasmatemperaturen, die für kommerzielle Fusionsenergie relevant sind, in einem kompakten, kugelförmigen Hochfeld-Tokamak erreicht werden können“, sagte Dr. Steven McNamara, Tokamak-Wissenschaftsdirektor bei Tokamak Energy, in einer Erklärung. „In Kombination mit unserer weltweit führenden Magnettechnologie und während wir den Betrieb ausbauen, sind wir zuversichtlich, dass das effizientere und kostengünstigere sphärische Tokamak-Design den besten Weg zur Erzielung sauberer und weltweit einsetzbarer kommerzieller Fusionsenergie darstellt.“

Also, auf dich, kleiner Baby-Fusionsreaktor. ST40 ist erwachsen geworden.

Die Studie wurde in Nuclear Fusion veröffentlicht.

[H/T: Science Alert]

Dieser Artikel wurde durch ein korrigiertes Zitat von Stuart White ergänzt.