Wissenschaftler haben eine Methode zur Steuerung von Kernfusionsreaktionen weiterentwickelt und damit einen weiteren Schritt in Richtung einer sauberen, praktisch unbegrenzten Energiequelle getan.
Unter Kernfusion versteht man den Vorgang des Zusammenfügens zweier Atomkerne zu einem einzigen schwereren Kern. Wenn dies geschieht, ist die Masse des einzelnen Atoms etwas geringer als die der kombinierten Massen der beiden ursprünglichen Atome, und diese übrig gebliebene Masse wird als Energie freigesetzt.
Es ist derselbe Prozess, der unsere Sonne antreibt, wo Wasserstoffatome unter starker Hitze und Druck zu Heliumatomen verschmolzen werden.
Wissenschaftler versuchen seit Jahren, diesen Prozess auf der Erde nachzubilden, um die freigesetzte Energie nutzbar zu machen. Wenn sie es schaffen, verspricht die Fusion eine saubere und nahezu unbegrenzte Energiequelle zu sein, die auch sicherer sein sollte als die derzeitigen Kernreaktoren.
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Wissenschaftler müssen jedoch noch eine Kernfusionsreaktion erreichen, die mehr Energie produziert als sie verbraucht. Es war auch ein Kampf, einen Fusionsreaktor lange genug am Laufen zu halten, um ihn für den Anschluss an ein nationales Stromnetz rentabel zu machen.
Auf der Erde erreichen Wissenschaftler die Fusion, indem sie die Wärme der Sonne in einem Labor nachbilden. Diese Reaktionen müssen jedoch sehr sorgfältig kontrolliert werden. Andernfalls findet keine Fusion statt und die heißen Bedingungen könnten den Reaktor beschädigen.
Eine Methode, mit der Wissenschaftler im Labor eine Fusion erreichen, besteht darin, Laser auf eine kleine Brennstoffkapsel zu fokussieren, um sie zu einem winzigen Punkt zu komprimieren und Temperaturen zu erzeugen, die denen im Kern der Sonne ähneln. Dieses Verfahren ist als Trägheitsfusion bekannt.
Zuvor hatten Wissenschaftler diese Reaktion in einem Goldgehäuse eingeschlossen, wobei die Laser eher auf den Behälter selbst als auf den darin befindlichen Kraftstoff trafen. Nun haben Forscher der University of Delaware und anderer Institutionen ein Verfahren entwickelt, bei dem die Laser direkt auf den Kraftstoff treffen und die Reaktion stattdessen von starken Magneten eingedämmt wird.
Diese Magnete erzeugen Magnetfeldstärken von 50 Tesla. Im Vergleich dazu erzeugen MRT-Geräte, die bei medizinischen Scans verwendet werden – die stark genug sind, um Metallgegenstände durch den Raum zu ziehen – Kräfte von über 3 Tesla.
Es ist bei weitem nicht das erste Mal, dass Magnete verwendet wurden, um Kernreaktionen zu steuern. Wissenschaftler verwenden seit Jahrzehnten Magnete, um Kernfusionsreaktoren namens Tokamaks zu betreiben, obwohl diese noch nicht die Hürde genommen haben, mehr Strom bereitzustellen, als sie verbrauchen. Dennoch ist die Verwendung von Magneten in der Trägheitseinschlussfusion eine interessante Wendung.
Der Forscher Arijit Bose von der University of Delaware, der den Ansatz zusammen mit Kollegen verfolgt, sagte in einer Pressemitteilung: „Sie möchten, dass die Kerne verschmelzen. Die Magnetfelder fangen die geladenen Teilchen ein und bringen sie dazu, sich um die Feldlinien zu bewegen Kollisionen und das hilft, die Fusion anzukurbeln. Deshalb hat das Hinzufügen von Magnetfeldern Vorteile für die Erzeugung von Fusionsenergie.”
Die Forschung befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber Bose und das Team fanden zum ersten Mal heraus, dass die Anwendung des Magnetfelds auf die Reaktion die Form der Implosion abflachte.
Wissenschaftler haben schon früher darüber nachgedacht, Magnetfelder auf Fusionsreaktionen mit Trägheitseinschluss anzuwenden, aber bisher fanden die meisten Bemühungen eher auf dem Papier als im Labor statt.
Trägheitsfusion ist nur eine Methode, mit der Wissenschaftler Reaktionen in Gang bringen. Andere Methoden umfassen die Erzeugung von Plasma – einem elektrisch geladenen Gas – und die Verwendung von Magneten, um es um Tokamaks zu zirkulieren.
Trotz vielversprechender Durchbrüche und Entwicklungen in den letzten Jahren blieb ein funktionierender Kernreaktor bisher unerreichbar – obwohl einige optimistische Wissenschaftler glauben, dass die Fusionsenergie innerhalb des nächsten Jahrzehnts ans Netz gehen könnte.
„Wir werden morgen keine Lösung haben“, sagte Bose. „Aber wir tragen zu einer Lösung für saubere Energie bei.“