Kernfusion: Neuer Computercode macht Stellerator-Designs viel billiger

Ein neuer Computercode soll dabei helfen, Kernfusions-Anlagen nach dem Stellarator-Design deutlich günstiger zu machen. Der Kern liegt in der Aufgabe, die komplexen Magnetfelder zum Einschluss des Plasmas optimal zu gestalten.

Komplexe Magnetfeld-Berechnungen

Stellaratoren haben gegenüber dem Tokamak-Design von Fusionsanlagen zuletzt etwas weniger Aufmerksamkeit erregt, sind aber bei der Suche nach einer praktikablen Lösung weiterhin im Rennen. Der neue Code namens QUADCOIL, den Wissenschaftler aus den USA nun entwickelten, könnte dafür sorgen, diesen Ansatz wieder deutlich stärker nach vorn zu bringen.

QUADCOIL hilft Forschern dabei, Plasmen zu vermeiden, die zwar physikalisch stabil sind, aber extrem aufwendige Magnetstrukturen erfordern, berichtet das Magazin Phys.org. Dies ermöglicht es, sich gezielt auf Designs zu konzentrieren, die technisch und wirtschaftlich umsetzbar sind. "QUADCOIL sagt schnell voraus, wie kompliziert die Magnete sein werden, sodass wir ineffiziente Plasmen direkt ausschließen können", erklärte Frank Fu, Doktorand am Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US-Energieministeriums und Hauptautor des aktuellen Papers, das in der Fachzeitschrift Nuclear Fusion veröffentlicht wurde.


Nachdem Wissenschaftler eine bestimmte Plasmakonfiguration gewählt haben, führt QUADCOIL erste Berechnungen durch, um die entsprechenden Magnetformen zu bestimmen. Falls die errechneten Magnete zu kompliziert sind, ermöglicht es der Code, das Plasma-Design anzupassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Programmen, die für diese Berechnungen zwischen 20 Minuten und mehreren Stunden benötigen, liefert QUADCOIL Ergebnisse in nur zehn Sekunden.

Traditionelle Programme bestehen aus zwei getrennten Schritten: Ein Programm berechnet die gewünschte Plasmaform, ein weiteres bestimmt die dazu passenden Magnetstrukturen. Neuere Programme verbinden diese beiden Prozesse, benötigen jedoch erheblich mehr Rechenzeit und können dabei zu unpraktischen Designs führen. QUADCOIL hingegen erlaubt eine frühe Einschätzung der technischen Machbarkeit und spart somit wertvolle Zeit.

Weiterentwicklung läuft

Ein weiterer Vorteil von QUADCOIL ist seine Anpassungsfähigkeit an verschiedene technische Vorgaben. Es kann etwa Materialien und spezielle Magnetformen berücksichtigen, die für den Bau notwendig sind. Zudem kann der Code Daten zu magnetischer Krümmung und den Kräften auf die Magnete liefern - Informationen, die in herkömmlichen Programmen oft fehlen. Laut Fu vereint QUADCOIL damit drei zentrale Innovationen: eine schnellere Berechnung, eine größere Bandbreite an Vorhersagen und eine hohe Flexibilität.

Die Entwicklung von Stellaratoren erfordert umfangreiche Rechenkapazitäten. Fu und sein Team arbeiten derzeit an einer weiterentwickelten Version des Codes, die nicht nur die Baukomplexität der Magnete bewertet, sondern auch eigenständig Vorschläge zur Optimierung der Plasmaform liefert. Während der aktuelle Prototyp auf einem gewöhnlichen Laptop läuft, wird die finale Version leistungsfähigere Rechner benötigen. Zudem soll QUADCOIL in größere Software-Suiten für Stellarator-Designs integriert werden.


Siehe auch: