Kernfusion wird effizienter und schlanker mit Mikrowellen

Die große Herausforderung der Kernfusion ist das Erreichen der nötigen Bedingungen, damit Atomkerne überhaupt verschmelzen können. Auf der Sonne funktioniert das gut. Ein Nachbau im Kleinen ohne schier unendlichen Druck von 330.000 Erdmassen gestaltet sich hingegen schwierig.

Gleichzeitig stellt jede Optimierung oder Vereinfachung des Aufbaus einen weiteren Schritt dar, um schlussendlich mehr Energie aus der Fusion zu erhalten als in den Betrieb des Systems hineinzustecken.

Auch ein neuartiges Design, das Forschende am Princeton Plasma Physics Laboratory, U.S. Department of Energy, der Universität von Kyushu und einem privaten Unternehmen entwickelt haben, zählt hierzu.

Schließlich wird nicht nur beim Aufbau auf eine Komponente verzichtet, auch der Energiebedarf bei der Herstellung des Plasmas wird erheblich reduziert. Um die Methapher der Wissenschaftler zu verwenden: Statt mit einem Toaster soll in Zukunft eine Mikrowelle für die Erhitzung verwendet werden.

Doppelt gespart

So lässt sich auf die Hochleistungsheizung im Inneren des Tokamaks verzichten, die wie ein Toaster ohmschen Widerstand für die Erwärmung nutzt. Dadurch kann der gesamte Reaktor wesentlich kompakter gebaut werden und genau dort, wo maximale Temperaturen erreicht werden, müssen weniger Bauteile eingesetzt werden.

Die Einstrahlung mit Mikrowellen, die sich auch im Haushalt gut zum Erwärmen einsetzen lassen, erfolgt dagegen von außen. Hier lässt sich laut Paper zudem eine bemerkenswerte Einsparung bei der Stromzufuhr erreichen.

Statt bisher 15 bis 25 Megaampere Stromstärke werden für die Erzeugung der Mikrowellen "nur" 8 Megaampere benötigt, um die Temperatur im Bereich von etwa 100 Millionen Grad zu erreichen.

Nun gilt es, in weiteren Simulationen die optimalen Einstrahlwinkel und Zeitabstände der Pulse zu ermitteln. Schließlich sind unter den extremen Bedingungen weitere Faktoren zu beachten. Unter anderen induziert eine so starke Mikrowellenstrahlung Ströme im Plasmafluss, die zusätzlich zur Erwärmung beitragen, aber Instabilitäten verursachen können.