Mehr Präzision für Kernfusion: ALPACA steigert die Effizienz
Die alles entscheidende Komponente ist das Plasma. Wasserstoffisotope müssen sich in diesem vierten Aggregatzustand befinden, in welchem Kerne und Elektronen völlig voneinander gelöst sind.
Erst dann und bei Temperaturen im Bereich von etwa 100 Millionen Grad lässt sich eine Kernfusion provozieren. Es entsteht Helium, leichter als seine Ausgangsstoffe. Die verlorene Masse lässt sich in Form von Energie nutzen - viel Energie.
Viel mehr davon ist aber nötig, um zunächst einmal diesen Zustand zu erreichen. Noch schwieriger gestaltet es sich, ihn aufrecht und stabil zu halten. Zudem müssen die Bedingungen möglichst ideal für die gewünschte Fusion sein.
Genau hierfür präsentiert das Princeton Plasma Physics Laboratory ein neues Diagnoseinstrument, genannt ALPACA, mit dem endlich Daten des erhitzten Wasserstoffs gesammelt werden können.
Damit soll es endlich möglich werden, die Verteilung von neutralen Wasserstoffatomen und den geladenen Kernen sowie freien Elektronen (also dem Plasma) tatsächlich messen zu können.
Bisher konnten diese Verteilung, Temperatur und Reaktivität nur abgeschätzt und über Berechnungen ermittelt werden. ALPACA und das zweite Instrument LLAMA dagegen können erstmals anhand der Lyman-Alpha-Linie genau "sehen", wie hoch die Konzentration von Plasma in bestimmten Bereichen im Reaktor ist.
Diese Spektrallinie, mit der Astronomen sonst in der Galaxie nach den Ursprüngen des Universums suchen, lässt sich genau dann beobachten, wenn das Elektron beginnt, sich vom Kern zu lösen. Die Alpha-Linie hat eine Wellenlänge von 121 Nanometern, liegt also weit im ultravioletten Bereich.
Aktuell wird das Gerät geprüft und soll anschließend im Tokamak des Labors zum Einsatz kommen. Gelingt es damit, das Plasma kontrollierter entstehen zu lassen und natürlich auch zu stabilisieren, stehen die Chancen gut, die Effizienz und Dauer der Fusionsreaktionen erheblich zu steigern.
Noch sind es nur Augenblicke, in denen die Kernfusion stattfinden kann, weil das Plasma keinesfalls seine Eindämmung verlassen darf. Es brennt sonst alles weg, was im Weg ist. Es steuern zu können, weil man weiß, wo viel Wasserstoff vorhanden ist, wäre also enorm wichtig.
Schlussendlich soll die Technik auch in ITER in Südfrankreich eingesetzt werden. Nur der Termin für die Inbetriebnahme steht weiterhin in den Sternen. Aber ein weiterer von vielen Schritten dahin scheint gelungen.
