Kernfusion: 70 Jahre altes Problem schädlicher Teilchen wohl gelöst

Ein seit Jahrzehnten bekanntes Problem der Kernfusionsforschung scheint gelöst zu sein. Forscher wollen es geschafft haben, den Einschluss von Alpha-Teilchen im Magnetfeld deutlich effizienter zu organisieren als bisher.

Magnetfeld-Mathematik

Eine der größten Hürden bei der praktischen Umsetzung von Kernfusions-Anlagen zur Stromerzeugung ist die zuverlässige Einschließung von hochenergetischen Teilchen innerhalb des Reaktors. Wenn Alpha-Teilchen aus dem Plasma entweichen, kann die Fusionsreaktion nicht aufrechterhalten werden. Deshalb arbeiten Ingenieure an komplexen magnetischen Einschlusssystemen, sogenannten "magnetischen Flaschen", deren präzise Auslegung jedoch bisher mit enormem Rechenaufwand verbunden war.

Ein Forscherteam der University of Texas at Austin, des Los Alamos National Laboratory und der Firma Type One Energy Group entwickelte nun aber ein neuartiges mathematisches Verfahren, das die Konstruktion von Fusionsreaktoren erheblich beschleunigen und dabei präziser gestalten kann. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.


Mithilfe der Symmetrie-Theorie ist es den Forschern gelungen, eine deutlich schnellere und dennoch exakte Alternative zu bisherigen Verfahren zu entwickeln. Laut des Physikers Josh Burby, Erstautor der Studie, ermöglicht die neue Methode eine bis zu zehnmal schnellere Analyse möglicher Leckstellen im Magnetfeld - ohne Einbußen bei der Genauigkeit. "Wir haben ein Problem gelöst, das seit fast 70 Jahren ungelöst war", so Burby. "Das ist ein Paradigmenwechsel im Design von Fusionsreaktoren."

Vorteil für Stellaratoren

Besonders relevant ist der Durchbruch für Stellaratoren - ein Reaktortyp, der bereits in den 1950er Jahren vorgeschlagen wurde, aber aufgrund seiner technischen Komplexität bisher kaum praktische Anwendung fand. Eine der wenigen Forschungsanlagen wird in Deutschland betrieben: Der Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Greifswald.

Die neue Berechnungsmethode erleichtert nicht nur deren Konstruktion erheblich, sondern könnte auch bei einem anderen Reaktortyp, dem Tokamak, Anwendung finden. Dort stellt das unkontrollierte Verhalten von Elektronen, die die Reaktorwand beschädigen können, ein großes Problem dar. Auch hier kann die neue Theorie helfen, kritische Schwachstellen im Magnetfeld schneller zu identifizieren.


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