Fusionskraft ist seit fast einem Jahrhundert der fieberhafte Traum von Wissenschaftlern, Umweltschützern und Zukunftsforschern. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler versucht, einen Weg zu finden, um nachhaltige Fusionsreaktionen zu schaffen, die den Menschen saubere, reichlich vorhandene Energie liefern und damit unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und anderen unreinen Methoden endgültig brechen würden.
In den letzten Jahren wurden viele positive Schritte gemacht, die das „Zeitalter der Fusion“ der Realität näher bringen. In jüngster Zeit arbeiten Wissenschaftler mit dem Experimentelles fortschrittliches supraleitendes Tokamak (OST) – auch bekannt. die „chinesische künstliche Sonne“ – stellte einen neuen Rekord durch Überhitzung von Wolken aus Wasserstoffplasma auf über 100 Millionen Grad auf – eine Temperatur, die sechsmal heißer ist als die Sonne selbst!
Während Wissenschaftler in der Lage sind, Wasserstoffatome zu Energie zu verschmelzen, erreichte der Stolperstein seit jeher den sogenannten „Break-Even-Point“. Hier ist die Energie, die durch eine autarke Fusionsreaktion erzeugt wird, gleich der Energie, die zu ihrer Initiierung benötigt wird. Und obwohl wir diesen Punkt noch nicht erreicht haben, kommen die Wissenschaftler immer näher.
Die Plasmaelektronentemperatur über 100 Millionen Grad erreichte 2018 auf EAST. Credit: das EAST-Team
Derzeit sind die beiden beliebtesten Methoden zur Erzeugung von Fusionsenergie der Trägheitsbegrenzungsansatz und der Tokamak-Reaktor. Im ersteren Fall werden Laser verwendet, um Deuteriumpellets (H² oder „schwerer Wasserstoff“) zu verschmelzen, um eine Fusionsreaktion zu erzeugen. Bei letzterem umfasst der Prozess eine torusförmige Einschlusskammer, die Magnetfelder und einen internen Strom verwendet, um hochenergetisches Plasma einzuschließen.
Indem dieses Plasma überhitzt und stabil gehalten wird, kann eine sich selbst erhaltende Fusionsreaktion erzeugt werden. Während andere Tokamak-Reaktoren auf Magnetspulen angewiesen sind, um einen Plasmatorus stabil zu halten, verlässt sich der chinesische EAST-Reaktor auf die Magnetfelder, die vom sich bewegenden Plasma selbst erzeugt werden, um den Torus in Schach zu halten. Dies macht es weniger stabil, ermöglicht es Physikern jedoch, das Wärmeniveau zu erhöhen.
Nach einer viermonatigen Kampagne konnte das EAST-Wissenschaftsteam vier Heizleistungsarten integrieren, um einen neuen Temperaturrekord zu erreichen. Diese umfassten eine untere Hybridwellenheizung, eine Elektronenzyklotronwellenheizung, eine Ionenzyklotronresonanzheizung und eine Neutralstrahlionenheizung. Durch diese kombinierten Verfahren wurde das Plasmastromdichteprofil optimiert.
Nachdem es dem Wissenschaftsteam gelungen war, die Kopplung der vier verschiedenen Heiztechniken zu optimieren, gelang es ihnen, eine Wolke geladener Teilchen zu erzeugen, die Elektronen enthielt, die auf mehr als 100 Millionen °C erhitzt wurden. Sie überschritten auch ein Leistungsinjektionsniveau von 10 Megawatt (MW) und erhöhten die im Plasma gespeicherte Energie auf 300 Kilojoule (kJ).
Die Erweiterung des Betriebsszenarios EAST im Jahr 2018 mit dem Vergleich seines verbesserten Faktors für die Energieeinschränkung mit dem ITER-Basisszenario. Credit: EAST-Team
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler von CASHIPS über das Erreichen eines Fusionsmeilensteins berichten. In 2016 , gab das Team bekannt, dass sie Wasserstoffgas produziert haben, das dreimal heißer war als der Kern der Sonne (ca. 50 Millionen °C; 90 Millionen °F), und diese Temperatur rekordverdächtige 102 Sekunden lang halten konnten.
Mit diesem neuesten Experiment hat das EAST-Team nicht nur die Temperatur des Plasmatorus verdoppelt (einen neuen Rekord aufgestellt), sondern auch eine Reihe von Problemen gelöst, die für den stationären Betrieb entscheidend sind. Sie haben zum Beispiel den Einschluss von Partikel- und Energieabgasen gelöst, deren Zeitpunkt genau stimmen muss, um eine anhaltende Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten.
Das Experiment lieferte auch Schlüsseldaten für die Validierung von Wärmeabfuhr-, Transport- und Stromantriebsmodellen, die alle für die Realisierung mehrerer großer Fusionsprojekte von entscheidender Bedeutung sein werden. Dazu gehören die Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor (ITER), die Chinesischer Testreaktor für Fusionstechnik (CFETR) und die Demonstrationskraftwerk (DEMO).
EAST wurde ursprünglich im Jahr 2006 erbaut und hat sich zu einer vollständig offenen Testeinrichtung entwickelt, die es der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglicht, stationäre Operationen und physikalische Forschung durchzuführen. Und da es dem EAST-Team wieder einmal gelungen ist, Temperaturbedingungen weit über der Sonne zu schaffen, scheint der Spitzname „chinesische künstliche Sonne“ nicht gerade langatmig!
Das Zeitalter der sauberen Energie rückt näher, und das nicht einen Moment zu früh!
Weiterlesen: Hefei Institute of Physics , Wissenschaftsalarm