Die Kernfusions-Anlage Wendelstein 7-X in Greifswald ist die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator. (Bild: MPI für Plasmaphysik, Jan Michael Hosan)
Kernfusion gilt als eine der vielversprechendsten Technologien zur Lösung der Energieprobleme der Zukunft. In der Einführung zur Kernfusion wurde bereits erklärt, wie die Verschmelzung von Atomkernen unter extremen Bedingungen enorme Energiemengen freisetzt. Doch um diese Reaktionen auf der Erde zu steuern, sind hochentwickelte Systeme erforderlich. Zwei der wichtigsten Ansätze zur Erzeugung und Kontrolle der Fusionsreaktion sind der Tokamak und der Stellarator. Dieser Beitrag beleuchtet die Funktionsweisen, Vor- und Nachteile dieser beiden Technologien und zeigt, warum sie als Schlüssel zur Fusionsenergie gelten.
Magnetischer Einschluss: Die wichtigsten Technologien für die Kernfusion
Es gibt unterschiedliche Ansätze, wie Kernfusion erreicht werden kann. Die bedeutendsten Methoden sind der magnetische Einschluss, etwa im Tokamak, und der Stellarator. Diese beiden Technologien versuchen, das Plasma – ein Gas aus ionisierten Teilchen – mithilfe starker Magnetfelder einzuschließen und zu stabilisieren. Das Ziel ist es, die Atomkerne bei extrem hohen Temperaturen und Drücken zur Verschmelzung zu bringen.
Beim Tokamak, wie er im ITER-Projekt zum Einsatz kommt, wird das Plasma durch einen Stromfluss stabilisiert, der im Inneren des Plasmas erzeugt wird. Die torusförmige Bauweise (vergleichbar mit einem Donut) und die starken Magnetfelder sorgen dafür, dass das Plasma nicht die Wände des Reaktors berührt. Dieses Konzept ist derzeit das weltweit am weitesten verbreitete und soll helfen, den „Break-even-Point“ zu erreichen – also den Punkt, an dem die Energieerzeugung die eingesetzte Energie übertrifft.
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Was ist ein Stellarator und wie unterscheidet er sich vom Tokamak?
Der Stellarator hingegen kommt ohne die Notwendigkeit aus, einen elektrischen Strom im Plasma zu erzeugen. Stattdessen verwenden Stellaratoren komplex geformte Magnetspulen, die das Plasma auf seiner Bahn halten. Ein prominentes Beispiel ist der „Wendelstein 7-X“ am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald, Deutschland. Diese Technologie verspricht stabilere Einschlusszeiten und einen potenziell kontinuierlichen Betrieb, was sie für den Einsatz in zukünftigen Kraftwerken interessant macht.
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Fusionsanlage Wendelstein 7-X – animiert aus Konstruktionsdaten
Der Nachteil des Stellarators ist jedoch seine komplizierte Bauweise. Die Spulen müssen präzise geformt und platziert werden, um das Plasma stabil zu halten. Um diese Herausforderungen zu überwinden, forschen Start-ups wie Renaissance Fusion an vereinfachten Designs und innovativen Methoden zur Herstellung der Magnetstrukturen, die die Technologie für die industrielle Nutzung erschwinglicher und skalierbarer machen sollen. Mehr über die Herausforderungen der Kernfusionsforschung lesen Sie hier.
Alternativen und Weiterentwicklungen
Neben diesen beiden Ansätzen gibt es auch alternative Konzepte, wie die Trägheitsfusion, die auf einer völlig anderen Methode basiert. Auch private Unternehmen forschen an neuen Technologien, um die Kernfusion schneller zur Marktreife zu bringen.
Der Autor: Dr. Martin Large
Aus dem Schoß einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Großvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben. Zudem kümmert er sich um die Themen SEO und alles was dazu gehört bei all-electronics.de.