Neue Fusionsanlage verspricht 100-mal mehr Energie bei halben Kosten

Ist das der entscheidende Fusions-Trick? Ein Plasma, das sich selbst stabilisiert, indem es ein eigenes Magnetfeld aufbaut, soll laut einem US-Unternehmen 100-mal mehr Energie liefern als Ansätze wie Tokamaks - bei nur halb so hohen Kosten.

Fusion anders: Selbst stabilisierendes Plasma erreicht

Fusion, der Prozess, bei dem leichte Atomkerne zu schwereren verschmelzen und dabei enorme Energiemengen freigesetzt werden, gilt als Schlüssel für eine nahezu unbegrenzte und saubere Stromerzeugung. Um die dafür notwendige Temperatur von über 100 Millionen Grad Celsius zu kontrollieren, muss das heiße Plasma ohne feste Wände eingeschlossen werden - meist durch starke Magnetfelder. Der sogenannte Field-Reversed Configuration (FRC)-Ansatz geht jedoch einen anderen Weg: Hier erzeugt das Plasma sein eigenes Magnetfeld, was die Technik theoretisch effizienter machen könnte. Bisher scheiterte FRC aber oft an Stabilitätsproblemen und komplexen Startverfahren.

TAE Technologies, ein US-Unternehmen mit Fokus auf Fusionsenergie, gelang es nun, mithilfe von Neutralteilcheninjektion (neutral beam injection, NBI) ein FRC-Plasma zu starten und zu halten, ohne auf teure externe Magnetspulen zurückzugreifen. Statt einer aufwendigen Vorbehandlung wird das Plasma direkt durch schnelle, elektrisch neutrale Wasserstoffatome erzeugt, die in einen Brennkammerbereich schießen und dort ionisiert werden. Laut dem Unternehmen kann eine FRC-basierte Anlage bis zu 100-mal mehr Fusionsleistung erzeugen als ein typischer Tokamak mit gleicher Magnetfeldstärke und Plasma-Volumen - bei deutlich niedrigeren Kosten.

Eine FRC-basierte Anlage kann bis zu 100-mal mehr Fusionsleistung erbringen als ein typischer Tokamak mit derselben Magnetfeldstärke und demselben Plasma-Volumen.

Die neue Anordnung "Norm" ersetzt dabei frühere, aufwendigere Systeme wie den "Norman"-Aufbau. Norm braucht keine externen Plasmaproduktionsstufen mehr - das Plasma bildet sich direkt im Hauptreaktionsraum durch die Strahlinjektion. Dadurch wird die gesamte Anlage erheblich vereinfacht. Laut der Studie in Nature stabilisiert sich das Plasma innerhalb von nur 10 Millisekunden und erzeugt ein Magnetfeld, das dem äußeren Feld entgegenwirkt und es schließlich vollständig umkehrt. Norm vs. seinen Vorgänger Norman

Einfach effizienter

Die Arbeit basiert auf mehr als 50.000 Experimenten, bei denen analysiert wurde, welche Bedingungen nötig sind, um eine stabile Feldumkehr herbeizuführen - ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur dauerhaften Energiegewinnung. In der Veröffentlichung wird betont: "Diese unerwartete Entdeckung hat die Startbedingungen und den technischen Aufwand für FRC-basierte Fusionsreaktoren erheblich vereinfacht." Erstmals gelang demnach, ein vollständig eigenständiges Plasma allein durch Neutralteilcheninjektion zu erzeugen.

Ein weiteres technisches Plus: Die neue Technik verbessert die Aussichten auf die Verwendung von Wasserstoff-Boron als Brennstoff. Diese Reaktion produziert keine Neutronen und damit keinen radioaktiven Abfall, was sie deutlich laut dem Team sicherer macht als herkömmliche Ansätze mit Deuterium und Tritium. Durch die kompakte Bauweise, den Verzicht auf komplexe Starttechnologien und die Nutzung eigener Magnetfelder könnte dieser Ansatz einen Weg hin zu kostengünstigeren und technisch einfacheren Fusionskraftwerken eröffnen.
TAE Technologies ... ... Norm-Anlage Wie geht es jetzt weiter? Auf Basis dieser Ergebnisse entsteht der Reaktorprototyp "Copernicus", der noch vor Ende des Jahrzehnts den Nachweis einer Nettoenergieerzeugung mit dem strahlgetriebenen FRC-Verfahren liefern soll. In den frühen 2030er-Jahren soll ihm "Da Vinci" folgen, die erste funktionsfähige Fusionskraftwerksanlage.


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