Bei der neuen Methode der kontrollierten Kernfusion ist ein Durchbruch gelungen. Worin besteht der Unterschied zur herkömmlichen Methode?

Die Geschwindigkeit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation hängt wesentlich davon ab, wie Energie gewonnen wird. Wenn es um die Energie der Zukunft geht, wird die kontrollierte Kernfusion am meisten erwartet.

Warum? Denn die gesamte Energie auf der Erde stammt ursprünglich aus der Kernfusion, und der Hauptkörper dieser Kernfusion ist die Sonne. Die Sonne ist im Wesentlichen ein riesiger Kernfusionsreaktor, und bei der Kernfusion handelt es sich eigentlich um den Prozess, bei dem sich zwei leichte Atome zu einem schweren Atom verbinden und dabei Energie freisetzen. Da dieser Prozess einen Masseverlust verursacht und die verlorene Masse in Form von Energie freigesetzt wird, ist die erzeugte Energie sehr groß. Wenn diese Energie augenblicklich freigesetzt wird, hat sie eine verheerende Kraft. Die Wasserstoffbombe macht sich dieses Prinzip zunutze. Obwohl das Wesentliche einer Wasserstoffbombe die Kernfusion ist, ist diese Art der Kernfusion unkontrollierbar. Wenn wir wollen, dass Energie erzeugt wird, die vom Menschen genutzt werden kann, muss sie kontrollierbar sein.

Die sogenannte kontrollierte Kernfusion dient dazu, den gesamten Fusionsprozess langsam ablaufen zu lassen, also seine Reaktionsgeschwindigkeit zu kontrollieren. Das ist an sich nicht schwierig. Die Schwierigkeit besteht darin, was man zum Halten der Reaktanten verwendet.

Um Fusionsreaktionen zu fördern, sind extrem hohe Temperaturen und Drücke erforderlich. Der Grund, warum die Sonne zu einem leuchtenden und heißen Stern werden kann, liegt darin, dass sie über genügend Masse verfügt, um in ihrem Inneren einen extrem hohen Druck zu erzeugen. Daher kommt es unter Einwirkung hoher Temperaturen und hohen Drucks zu Fusionsreaktionen. Da es grundsätzlich unmöglich ist, den enormen Druck im Kern der Sonne auf der Erde zu simulieren, sind höhere Temperaturen erforderlich, um Fusionsreaktionen zu fördern. Das Metall mit dem höchsten bekannten Schmelzpunkt ist Wolfram, dessen Schmelzpunkt bei etwa 3410 °C liegt. Die Substanz mit dem höchsten Schmelzpunkt, die der Mensch derzeit herstellen kann, ist Hafniumtantalpentacarbid mit einem Schmelzpunkt von 4215 °C. Beide liegen weit unter der Temperatur, die für eine kontrollierte Kernfusion erforderlich ist.

Offensichtlich gibt es derzeit kein Material, mit dem die Reaktanten eingeschlossen werden können. Die einzige Möglichkeit besteht also darin, eine Möglichkeit zu finden, die Reaktanten einzuschließen.

Derzeit werden die theoretisch möglichen Einschlussmethoden hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt, nämlich den Magnetfeldeinschluss und den Trägheitseinschluss. Bei der Trägheitseinschränkung wird die Trägheit von Partikeln ausgenutzt, um die Partikel selbst einzuschränken und zu verhindern, dass die Reaktanten mit irgendeiner Substanz in Kontakt kommen. Die Erfahrung des Menschen mit Trägheitseinschluss ist begrenzt und derzeit hat kein Land bedeutende technologische Durchbrüche erzielt, sodass der magnetische Feldeinschluss derzeit noch die wichtigste Forschungsrichtung darstellt. Die Verwendung von Magnetfeldern zum Einschließen von Hochtemperaturplasma ist eine Methode, für die der Mensch sowohl über theoretische Grundlagen als auch praktische Erfahrung verfügt, da er bereits in den 1950er Jahren ein Gerät zur Einschließung von Magnetfeldern entwickelte, den Tokamak.

Ein Tokamak ist ein berührungsloser Ringbehälter.

Sein innerer Aufbau sieht ungefähr so ​​aus: eine ringförmige Vakuumkammer mit einer Spule, die um die Außenseite der Vakuumkammer gewickelt ist. Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, wird ein großes spiralförmiges Magnetfeld erzeugt, das die Kernfusionsreaktionen erhitzt und fördert und die Reaktanten einschließt, um zu verhindern, dass sie mit Materie in Kontakt kommen. Derzeit basiert die Forschung zur Magnetfeldeingrenzung in verschiedenen Ländern der Welt auf der Tokamak-Anlage, und China nimmt dabei weltweit eine führende Position ein. Zuvor haben wir in Experimenten einen 70 Millionen Grad langen Pulsbetrieb mit hochparametrigen Plasmas für 1056 Sekunden und eine Betriebszeit von 120 Millionen Grad für 101 Sekunden erreicht. Nach dem derzeitigen Stand der Entwicklung erwarten wir, dass das Demonstrationsprojekt im Jahr 2030 Strom erzeugen kann. Was die endgültige kommerzielle Stromerzeugung betrifft, ist der Zeitpunkt jedoch noch schwer vorherzusagen.

Während sich alle Länder auf Tokamak-Anlagen konzentrieren, verfolgt ein junges Technologieunternehmen einen anderen Ansatz: Es hat eine neue Methode zur Einschränkung der kontrollierten Kernfusion entwickelt und behauptet, damit experimentelle Erfolge erzielt zu haben.

Das in Seattle ansässige Startup heißt Zap Engergy und die von ihnen entwickelte Methode beruht ebenfalls auf der Einschließung eines Magnetfelds, basiert jedoch nicht auf einem Tokamak-Gerät. Das Tokamak-Gerät benötigt zur Erzeugung magnetischer Felder eine große Anzahl an Magneten, Spulen und Abschirmmaterialien, was es teuer macht. Die von Zap Engineering entwickelte Methode benötigt diese überhaupt nicht. Sie nutzen Plasma, um Selbsteindämmung zu erreichen. Theoretisch ist das durchaus sinnvoll, da Plasma selbst geladen ist. Da es geladen ist, kann es ein Magnetfeld bilden. Wie also bilden diese geladenen Plasmen ein Magnetfeld, um Selbstbeherrschung zu erreichen? Das ist ein Geheimnis.

Zap Engine gab keine spezifischen Details der Technologie bekannt, sondern verkündete lediglich den Erfolg des Experiments und dass letztendlich eine Energiebilanz erreicht wurde, was bedeutet, dass positive Gewinne erzielt werden konnten.

Diese Methode der magnetischen Einschließung hat außerdem den Vorteil, dass sie klein ist und modular aufgebaut und in Kombination oder einzeln verwendet werden kann, was bedeutet, dass sie auch in abgelegenen Gebieten eingesetzt werden kann. Wenn man Zap Engineering Glauben schenken darf, wird diese neue Technologie wesentlich günstiger sein als herkömmliche Technologien und könnte die Kommerzialisierung der kontrollierten Kernfusion beschleunigen. Natürlich handelt es sich hierbei lediglich um eine optimistische Annahme, die auf dem basiert, was wir bisher wissen. Da wir die Details dieser neuen Technologie nicht kennen, können wir weder beurteilen, ob sie sich letztendlich durchsetzen wird, noch können wir Rückschlüsse darauf ziehen, wie lange sie zur kommerziellen Stromerzeugung eingesetzt werden wird.

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