Ein Team aus Physikern und Ingenieuren an der Princeton University baute einen als Stellarator bekannten Twisting-Fusionsreaktor mit Permanentmagneten und demonstrierte damit eine potenziell kostengünstige Möglichkeit, leistungsstarke Maschinen zu bauen. Ihr Experiment namens MUSE basiert auf 3D-gedruckten und handelsüblichen Teilen.
Die Kernfusion, die Reaktion, die Sterne wie unsere Sonne antreibt, erzeugt durch die Verschmelzung von Atomen riesige Energiemengen (nicht zu verwechseln mit der Kernspaltung, die durch die Spaltung von Atomen weniger Energie erzeugt). Kernspaltung ist die Reaktion im Kern moderner Kernreaktoren, die Stromnetze versorgen; Wissenschaftler müssen den Code zur Kernfusion als Energiequelle noch knacken. Auch wenn dieses lang ersehnte Ziel erreicht ist, ist die Skalierung der Technologie und Es kommerziell nutzbar zu machen, ist eine Herausforderung.
Stellaratoren sind krümelförmige Geräte, die Hochtemperaturplasmen enthalten, die so eingestellt werden können, dass sie die Bedingungen für Fusionsreaktionen fördern. Sie ähneln Tokamaks, Donutförmige Geräte, die Fusionsreaktionen durchführen. Tokamaks basieren auf Magnetspulen, das sind Magnete, die elektrischen Strom transportieren. MUSE ist anders.
„Der Einsatz von Permanentmagneten ist eine völlig neue Art, Stellaratoren zu entwerfen“ sagte Tony Qian, Physiker an der Princeton University und Hauptautor zweier in der Zeitschrift für Plasmaphysik Und Kernfusion die den Aufbau des MUSE-Experiments beschreiben. „Mit dieser Technik können wir neue Ideen für den Plasmaeinschluss schnell testen und problemlos neue Geräte bauen.“
Permanentmagnete benötigen zur Erzeugung ihrer Magnetfelder keinen elektrischen Strom und können handelsüblich erworben werden. Das MUSE-Experiment klebte solche Magnete auf eine 3D-gedruckte Hülle.
„Mir wurde klar, dass Seltenerd-Permanentmagnete selbst dann, wenn sie neben anderen Magneten angeordnet wären, die Magnetfelder erzeugen und aufrechterhalten könnten, die notwendig sind, um das Plasma einzuschließen, damit Fusionsreaktionen stattfinden können“, sagt Michael Zarnstorff, Forschungswissenschaftler am Plasmaphysiklabor der Universität Hauptforscher des MUSE-Projekts, in einer Pressemitteilung. „Das ist die Eigenschaft, die diese Technik zum Funktionieren bringt.“
Letztes Jahr haben Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) des Energieministeriums bei einer Fusionsreaktion die Gewinnschwelle erreicht; das heißt, die Die Reaktion erzeugte mehr Energie als nötig war, um sie anzutreiben. Diese Auszeichnung berücksichtigt jedoch nicht die „Mauerkraft“, die erforderlich ist, um die Reaktion auszulösen. Mit anderen Worten: Es liegt noch ein langer, langer Weg vor uns.
Der LLNL-Durchbruch gelang, indem leistungsstarke Laser auf ein Pellet aus Atomen gerichtet wurden, ein anderer Prozess als die plasmabasierten Fusionsreaktionen, die in Tokamaks und Stellaratoren ablaufen. Kleine Änderungen an den Geräten, wie die Implementierung von Permanentmagneten in MUSE oder ein verbesserter Wolfram-Umleiter im KSTAR-Tokamakerleichtern es Wissenschaftlern, die Versuchsaufbauten zu reproduzieren und Experimente bei hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum durchzuführen.
Zusammengenommen werden diese Innovationen es den Wissenschaftlern ermöglichen, dies zu tun mehr mit den Plasmen an ihren Fingerspitzen und vielleicht – nur vielleicht – das vielgepriesene Ziel einer nutzbaren und skalierbaren Fusionsenergie erreichen.