MIT-Forscher erzielen Durchbruch bei Steuerung von Fusionsreaktoren

Ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen bedeutenden Fortschritt auf dem Weg zu einer praktikablen Kern­fu­si­on erzielt. Es geht dabei vor allem um die präzise Steuerung des doch ziemlich chaotischen Plasmas.

Plasma-Chaos vorhersagen

Die Kernfusion gilt seit Jahrzehnten als "heiliger Gral" der Energiegewinnung: Indem sie dieselben Prozesse nutzt, die Sterne antreiben, verspricht sie saubere, sichere und praktisch unbegrenzte Energie. Doch die Beherrschung der dafür notwendigen Plasmaströme in sogenannten Tokamaks, ringförmigen Reaktoren, die mithilfe starker Magnetfelder das heiße Plasma einschließen, bleibt eine gewaltige Herausforderung.

Ein zentrales Problem ist bislang die Kontrolle des Plasmas während des Betriebs und insbesondere beim Herunterfahren des Reaktors. "Für eine verlässliche Energiequelle muss die Fusion vor allem eines sein: zuverlässig", erklärte Studienleiter Allen Wang, Doktorand am MIT. "Und dafür müssen wir lernen, unsere Plasmen sicher zu steuern."


In einem laufenden Tokamak kann das Plasma mit bis zu 100 Kilometern pro Sekunde zirkulieren und Temperaturen von rund 100 Millionen Grad Celsius erreichen, was heißer als das Innere der Sonne ist. Wenn der Reaktor abgeschaltet werden muss, erfolgt ein sogenannter "Ramp-down", bei dem der Plasmastrom langsam reduziert wird. Doch schon kleinste Instabilitäten können dabei die inneren Wände des Reaktors beschädigen. Solche Zwischenfälle sind teuer und zeitaufwendig in der Reparatur.

KI hilft weiter

Das MIT-Team entwickelte nun ein neuartiges Modell, das mithilfe des Maschinenlernens vorhersagen kann, wie sich das Plasma unter bestimmten Anfangsbedingungen verhält. Dazu kombinierten die Forschenden ein neuronales Netz mit physikalischen Gleichungen, die die Dynamik des Plasmas beschreiben.

Trainiert wurde das System mit Daten aus dem Schweizer Versuchsreaktor TCV, in dem zahlreiche kleine Fusionsexperimente durchgeführt werden. Das Ergebnis: Das Modell konnte präzise Vorhersagen über den Verlauf des Plasmas treffen und half den Operateuren, den Reaktor sicher herunterzufahren. "Wir haben das mehrfach getestet - mit durchweg besseren Ergebnissen", so Wang.

Für die Wissenschaftler ist dies ein wichtiger Schritt auf einem langen Weg. "Wir stehen noch am Anfang", betonte Wang, "aber wir haben gezeigt, dass Fusion ein Stück näher an den Alltag rückt". Wann Fusionsreaktoren realistisch in einen kommerziellen Einsatz gehen können, bleibt unterdessen weiterhin völlig ungewiss.


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