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Kernfusion und Fusionsanlagen > Tokamaks, Stellaratoren und weitere Konzepte

Heute verwendet man vor allem zwei Typen von Anlagen, dich sich durch ihre Bauweise unterscheiden: Tokamaks und Stellaratoren.

Tokamak

Tokamak JET (1991)

Das  Design für den Tokamak (toroidalnya kamera ee magnetnaya katushka = torusförmige Magnetkammer) wurde 1951 von den sowjetischen Physikern Andrej Sacharow und Igor Tamm entwickelt.[1]

Der Tokamak ist der Anlagentyp, der heutzutage am häufigsten eingesetzt wird. In ihm wird das Plasma von zwei sich überlagernden Magnetfeldern eingeschlossen. Das eine Feld wird durch äußere Spulen erzeugt, die das Plasmagefäß umschließen, das andere durch Strom, der pulsweise in das Plasma eingeführt wird.[2][3]

Lange konnten Tokamaks nur pulsweise arbeiteten, was einen Dauerbetrieb ausschloss sowie zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Anlage und zu Instabilitäten führte. In den letzten Jahren wurden jedoch Fortschritte in Hinblick auf einen Dauerbetrieb erreicht.[3][4] Der Tokamak Tore Supra/WEST (Frankreich) hält mit einem Plasmaeinschluss von 6 Minuten und 30 Sekunden den Rekord.

Die größten Tokamaks weltweit sind derzeit der JT-60SA (Japan) und der Joint European Torus (Großbritannien) (JET). Der im Bau befindliche ITER (Frankreich) gehört ebenfalls zu diesem Anlagentyp.

Stellarator

Stellarator Wendelstein 7-X während der Bauphase (2011)

Anlagen vom Typ Stellarator hingegen bauen ihr Magnetfeld nur durch äußere Magnetspulen auf, ohne dass Plasmastrom verwendet wird. Im Vergleich zum Tokamak müssen die Magnetspulen zwar wesentlich komplexer geformt sein. Dafür eignen sich Stellaratoren von vornherein besser für den Dauerbetrieb.[2]

Der erste Stellarator weltweit, Model A, wurde 1951 von Lyman Spitzer Jr. konzipiert und ab 1953 in Princeton USA betrieben. → Models A/B/C (USA)

Der größte Stellarator weltweit ist derzeit der Wendelstein 7-X (Deutschland), in dem seit 2015 Experimente durchgeführt werden.

Trägheitsfusion

Ein weiteres Verfahren, das sich im Versuchsstadium befindet, ist die sogenannte Trägheitsfusion. Hierbei wird, so die Theorie, ein Gemisch aus Deuterium und Tritium "durch Laser- oder Teilchenstrahlen zur Zündung gebracht. Das heiße Plasma wird einzig durch seine eigene Trägheit zusammengehalten." Entsprechende Experimente wurden in der National Ignition Facility (USA) durchgeführt; Eine Kernfusion konnte bislang nicht erreicht werden.[5][6]

Pinches

In den Anfangsjahren war die Fusionsforschung im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München durch eine große Vielfalt von Anlagentypen geprägt. Es wurde beispielsweise mit Spiegelmaschinen, Stellaratoren oder sogenannten Pinches experimentiert. In letzteren wurde das Plasma schnell magnetisch komprimiert. Das Magnetfeld stieg zunächst stark an, drückte das Plasma zusammen und erhitzte es stark – aber nur wenige Millionstel Sekunden lang.[7]

(Letzte Änderung: 03.03.2021)

Einzelnachweise

  1. WNA: Nuclear Fusion Power abgerufen am 3. März 2021
  2. 2,0 2,1 IPP: Kernfusion - Stand & Perspektiven abgerufen am 3. März 2021
  3. 3,0 3,1 IPP: Fusionsanlagen abgerufen am 3. März 2021
  4. IPP: Dauerbetrieb der Tokamaks rückt näher vom 27. April 2016
  5. DPG: Trägheitseinschluss abgerufen am 4. März 2016 (via WayBack)
  6. photonics.com: 1st Successful Ignition Experiment at NIF vom 25. Oktober 2010
  7. IPP: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. 50 Jahre Forschung für die Energie der Zukunft (S.6) von 2010
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