Vakuum im Fusionsreaktor

 

Die Sonne als Vorbild

Der Bedarf an und die Nachfrage nach sauberer Energie aus alternativen Quellen werden angesichts der fortschreitenden globalen Erwärmung und des Klimawandels immer größer. Bereits seit vielen Jahren versuchen Wissenschaftler, die Sonne auf der Erde nachzubilden, um nach ihrem Vorbild Energie zu erzeugen. Dazu müssten Wasserstoffkerne zu einem Heliumkern verschmolzen werden – es müsste also eine Kernfusion stattfinden. Die größte Schwierigkeit ist, die extremen Bedingungen nachzubilden, die auf dem Stern im Zentrum unseres Sonnensystems herrschen. Denn die Gegebenheiten auf der Sonne unterscheiden sich grundlegend von der Situation auf unserer Erde.

Das Prinzip der Kernfusion
Um das Prinzip der Kernfusion, mit der auf der Sonne eine Oberflächentemperatur von circa 6.000 Grad Celsius erreicht wird, irgendwann auch auf der Erde zur Gewinnung von Energie verwenden zu können, muss also die Reaktion der Sonne nachgebildet werden. Hierbei spielt Vakuumtechnologie eine wichtige Rolle, denn die Sonne ist von Vakuum umgeben.

Große experimentelle Aufbauten, sogenannte Kernfusionsreaktoren, sollen es ermöglichen, die solaren Bedingungen auf die Erde zu bringen.

Ein Kernfusionsreaktor ist eine technische Anlage, in der die Kerne von Atomen über eine thermonukleare Reaktion kontrolliert miteinander verschmolzen werden. Ziel der Kernfusion ist das Erzeugen von Strom, denn beim Verschmelzen von Atomkernen wird eine große Energiemenge frei.

Aktuell gibt es zwei gängige Reaktorprinzipien: Tokamak und Stellarator. Grundsätzlich basieren beide Reaktortypen auf demselben Prinzip. Die Unterschiede liegen in der Form und der Anordnung der Magnetfeld erzeugenden Spulen. Bei beiden Prinzipien werden Wasserstoff oder Wasserstoffisotope auf bis zu 150 Millionen Grad Celsius erhitzt. Zur Erzeugung solcher Wärme muss sich das Plasma freischwebend in einem Vakuum befinden, denn jeder Kontakt mit anderen Teilchen oder Wänden lässt Wärme abfließen. Oft wird mithilfe von supraleitenden Elektromagneten daher ein Magnetfeld von bis zu 10 Tesla Stärke erzeugt. Anschließend wird durch elektrisches Aufheizen oder elektromagnetische Wellen das Plasma erhitzt, um im besten Fall eine Kernfusion hervorzurufen.

Wendelstein 7-X im März 2014, kurz vor dem Ende der Hauptmontage
Wendelstein 7-X im März 2014, kurz vor dem Ende der Hauptmontage (Foto: IPP, Beate Kemnitz)

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