Forscher entschlüsseln neue Mechanismen für effizientere Kernfusion

Chinesische Forscher haben bedeutende Fortschritte im Ver­ständ­nis der Physik von suprathermischen Ionen in bren­nen­dem Plas­ma erzielt. Mit diesen soll es letztlich möglich sein, die Ef­fi­zi­enz von Kern­fu­si­ons­re­ak­tio­nen steigern zu können.

Vorgänge im brennenden Plasma

Der Erfolg gelang einem Forschungsteam der Shanghai Jiao Tong University und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mithilfe eines neuartigen Simulationsmodells. Mit diesem lassen sich die Vorgänge in einem brennenden Plasma bei der sogenannten Trägheitseinschlussfusion (ICF) mit deutlich höherer Präzision als bisher betrachten.

Bei der ICF wird ein Gemisch aus Deuterium und Tritium unter extremen Bedingungen zur Implosion gebracht. In der Phase des brennenden Plasmas erzeugen Alpha-Teilchen genügend Energie, um die Reaktion selbstständig zu verstärken, was die Energiedichte im Plasma erhöht. Obwohl dieses Stadium entscheidend für die Effizienz der Fusion ist, stießen Wissenschaftler auf Diskrepanzen in den Daten des Neutronenspektrums. Diese legen nahe, dass traditionelle Modelle, die auf Maxwell-Verteilungen basieren, kritische kinetische Effekte nicht berücksichtigen.


Um diese Lücke zu schließen, entwickelte das Team unter Leitung von Jie Zhang ein Modell, das auf großwinkligen Kollisionsdynamiken basiert. Mit dem neuen Simulator namens LAPINS untersuchten sie das Verhalten von Partikeln im brennenden Plasma. Die Ergebnisse zeigten, dass solche Kollisionen die Zündung der Reaktion um 10 Pikosekunden beschleunigen können.

Wichtige Grundlagenforschung

Ansonsten entdeckten die Forscher suprathermische Deuterium-Ionen mit Energien unterhalb von 34 keV. Diese Ionen tragen doppelt so viel zur Energieabgabe bei wie Alpha-Teilchen, und ihre Dichte im zentralen Plasma-Hotspot wurde um 24 Prozent erhöht.

Die neuen Erkenntnisse bieten nicht nur Ansätze zur Optimierung von Fusionsreaktionen, sondern geben auch Einblicke in die Bedingungen des frühen Universums. Langfristig könnten sie dazu beitragen, die Entwicklung hochenergetischer Plasmen besser zu verstehen und die Expansion des Universums genauer zu erforschen.


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