Durchbruch in Fusionsforschung:
Wendelstein 7-X erzeugt Helium-3
Am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik ist ein bedeutender Durchbruch in der Fusionsforschung gelungen: Im Stellarator Wendelstein 7-X (W7-X) wurden erstmals hochenergetische Helium-3-Ionen erzeugt, teilten die Forscher mit.
Ziel des Experiments ist es, Bedingungen zu simulieren, wie sie in künftigen Fusionskraftwerken herrschen sollen. Dort müssen extrem heiße Plasmen, bestehend aus Teilchen mit Millionen Grad Celsius, stabil gehalten werden. Eine zentrale Rolle spielen dabei sogenannte Alphateilchen - Helium-4-Kerne -, die als Nebenprodukt der Fusionsreaktion entstehen und das Plasma aufheizen. Wenn sie jedoch zu schnell entweichen, kühlt das Plasma ab und die Reaktion kommt zum Erliegen.
Da W7-X ein experimenteller Reaktor mit kleinerem Maßstab ist, werden anstelle der schwereren Alphateilchen leichtere Helium-3-Ionen verwendet, um deren Verhalten nachzuahmen. Die erfolgreiche Erzeugung dieser Teilchen im Stellarator ist weltweit einmalig und zeigt, dass die Methode auch in nicht toroidalen Reaktoren wie dem W7-X anwendbar ist.
Die Ergebnisse sind nicht nur ein Fortschritt in Richtung der Energiegewinnung der Zukunft - sie liefern auch neue Erkenntnisse über astrophysikalische Phänomene. So könnten ähnliche Resonanzprozesse auch auf der Sonne dafür verantwortlich sein, dass dort gelegentlich Helium-3-reiche Wolken entstehen, deren Ursprung bislang ein Rätsel war.
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Entlang der Zyklotronfrequenz
Die Erzeugung gelang mithilfe der sogenannten Ionenzyklotron-Resonanzheizung (ICRH), einem Verfahren, bei dem elektromagnetische Wellen im Megawattbereich gezielt ins Plasma eingekoppelt werden. Durch präzise Abstimmung auf die natürliche Umlaufbewegung der Helium-3-Ionen um Magnetfeldlinien - ihre Zyklotronfrequenz - können diese Ionen gezielt und effizient beschleunigt werden. Das Prinzip ähnelt dem Anschubsen einer Schaukel: Nur wenn der Impuls im richtigen Moment erfolgt, wird die Bewegung verstärkt.Ziel des Experiments ist es, Bedingungen zu simulieren, wie sie in künftigen Fusionskraftwerken herrschen sollen. Dort müssen extrem heiße Plasmen, bestehend aus Teilchen mit Millionen Grad Celsius, stabil gehalten werden. Eine zentrale Rolle spielen dabei sogenannte Alphateilchen - Helium-4-Kerne -, die als Nebenprodukt der Fusionsreaktion entstehen und das Plasma aufheizen. Wenn sie jedoch zu schnell entweichen, kühlt das Plasma ab und die Reaktion kommt zum Erliegen.
Da W7-X ein experimenteller Reaktor mit kleinerem Maßstab ist, werden anstelle der schwereren Alphateilchen leichtere Helium-3-Ionen verwendet, um deren Verhalten nachzuahmen. Die erfolgreiche Erzeugung dieser Teilchen im Stellarator ist weltweit einmalig und zeigt, dass die Methode auch in nicht toroidalen Reaktoren wie dem W7-X anwendbar ist.
Auch Sonne erklärbar
Beteiligt an der Entwicklung des ICRH-Systems sind neben dem Max-Planck-Institut auch das Plasmaphysik-Labor der königlichen Militärakademie in Brüssel sowie zwei Institute des Forschungszentrums Jülich im Rahmen des trilateralen Euregio-Clusters (TEC).Die Ergebnisse sind nicht nur ein Fortschritt in Richtung der Energiegewinnung der Zukunft - sie liefern auch neue Erkenntnisse über astrophysikalische Phänomene. So könnten ähnliche Resonanzprozesse auch auf der Sonne dafür verantwortlich sein, dass dort gelegentlich Helium-3-reiche Wolken entstehen, deren Ursprung bislang ein Rätsel war.
Zusammenfassung
- Bahnbrechender Erfolg im Stellarator Wendelstein 7-X bei der Erzeugung
- Ionenzyklotron-Resonanzheizung ermöglicht gezielte Teilchenbeschleunigung
- Simulation von Bedingungen zukünftiger Fusionskraftwerke durch Helium-3
- Weltweit einmalige Anwendung des Verfahrens in nicht toroidalen Reaktoren
- Internationale Zusammenarbeit mehrerer Forschungsinstitute im Euregio-Cluster
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