Satz mit X - da glüht nix: Fusionstrick mit zweitem "Auspuff" entdeckt

Bei der Fusionsenergie zählt jedes Grad. Seit Jahren zerbrechen sich Forscher den Kopf: Wie kühlt man Plasma, ohne seine fragile Stabilität zu gefährden? Die Antwort könnte in einem kaum sichtbaren Knick im Magnetfeld verborgen liegen.

Magnetknick hilft Tokamak-Fusion

Tokamak-Reaktoren gelten als Hoffnungsträger für eine klimaneutrale Energiezukunft - doch die enorme Hitze der Fusionsprozesse bringt ihre Struktur an Grenzen. Eine neu entwickelte Technik könnte dieses Problem nun entschärfen: Mit einem gezielt gesetzten zweiten "X-Punkt" leitet sie überschüssige Energie kontrolliert aus dem Reaktor - ähnlich einem Auspuffsystem.

In einem Tokamak wird das extrem heiße Plasma durch ein ringförmiges Magnetfeld eingeschlossen. An bestimmten Punkten - den sogenannten X-Punkten - treffen sich Magnetfeldlinien so, dass sie überschüssige Wärme und Partikel aus dem Plasmaring ableiten können. Hier sitzt üblicherweise der Divertor, eine Art Hitzeschutzplatte. Doch in herkömmlicher Bauweise reicht die Wärmestrahlung oft bis tief in die Reaktorwände.

Wir beobachteten eine Reduktion des maximalen Wärmeflusses an der Wand um 80 Prozent im Vergleich zur herkömmlichen Form.

Die neue Lösung, vorgestellt von einem Forschungsteam um Kenneth Lee am TCV-Tokamak der EPFL Lausanne, setzt genau hier an: Durch gezieltes Anlegen eines zweiten X-Punkts entlang des Divertorkanals entsteht ein zusätzlicher Bereich, in dem sich Plasmaenergie in Strahlung umwandelt - und zwar deutlich weiter entfernt vom empfindlichen Plasmakern.

Der Vorteil: Diese sogenannte X-Point Target Radiator (XPTR)-Konfiguration kühlt das System effektiver, ohne die Stabilität des zentralen Plasmas zu beeinträchtigen. "Wir haben entdeckt, dass der X-Point Target Radiator sehr stabil ist und über einen breiten Betriebsbereich hinweg aufrechterhalten werden kann", so Lee. Genau das fehlte bisherigen Ansätzen, deren Nähe zum Plasmakern oft problematisch war.

Die Idee dahinter: Plasmateilchen legen längere Strecken zurück und stoßen häufiger mit neutralen oder ionisierten Teilchen zusammen, bevor sie die Reaktorwand erreichen - und "kühlen" dabei durch Strahlung ab.

Rechts gut zu sehen: Der zweite X-Point (SPC/ EPFL)

Gezieltes X

Ein weiteres Merkmal des Ansatzes: Die hohe Flexibilität bei der magnetischen Formgebung des TCV-Reaktors erlaubte es, die Position des zweiten X-Punkts gezielt so zu wählen, dass die Wärmeabstrahlung effizient verteilt wird. Dies reduziert die Belastung einzelner Bauteile deutlich - ein entscheidender Punkt für die Langlebigkeit und Wartungsfreundlichkeit kommender Fusionskraftwerke.

Wie funktioniert XPTR am Tokamak TCV?
Erste Tests zeigten, dass die XPTR-Technik konventionellen Divertoren klar überlegen ist. Die Methode wird nun im Rahmen von Hochleistungs-Experimenten weiter untersucht, begleitet von numerischen Simulationen, um die physikalischen Prozesse im Detail zu verstehen.

Die Forscher berichten, dass das Verfahren bereits in das Design des kommenden SPARC-Reaktors aufgenommen wurde - ein Gemeinschaftsprojekt von Commonwealth Fusion Systems und dem MIT. Diese Art "Zweifach-Auslass" könnte sich als entscheidender Schritt auf dem Weg zu dauerhafter, kontrollierter Fusionsenergie erweisen - ohne strukturelle Hitzeschäden. Die begleitende Studie wurde im Physical Review Journal veröffentlicht.


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