Forscher, die an Chinas Projekt „künstliche Sonne“ arbeiten, haben eine nie zuvor gesehene Art des Plasmabetriebs entdeckt, die zu einer stabileren und effektiveren Erzeugung von Kernfusionsenergie führen könnte.
Diese Entdeckung könnte zukünftigen Fusionsexperimenten helfen, eine sichere, saubere und nahezu unbegrenzte Energiequelle für die Menschheit zu schaffen.
Der „Super-I-Modus“ wurde erstmals im Dezember 2021 in Hefeis Experimental Advanced Supraconductor Tokamak (EAST)-Reaktor während eines rekordverdächtigen 17-minütigen Betriebs entdeckt. Die Ergebnisse wurden nach gründlicher Überprüfung durch Experten am Samstag in der internationalen Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Die Operation, bei der Magnetfelder verwendet wurden, um das plasmabeladene Gas aus frei beweglichen Elektronen und Wasserstoffionen auf 70 Millionen Grad Celsius zu erhitzen, ermöglichte es, einen hochenergetischen Einschluss sowohl tief im Plasma als auch an seinen Rändern zu erreichen, schrieb das Team am Institut für Plasmaphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Mitarbeitern unter anderem aus den Vereinigten Staaten, Europa und Japan.
Weitere Experimente zeigten, dass der neue Modus "großes Potenzial" für die Anwendung im International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) hat, dem weltgrößten Fusionsreaktor, der derzeit in Frankreich gebaut wird.
"Dies ist eine große Errungenschaft für ITER und für die Fusion", sagte der Physiker Richard Pitts, der die Plasmaexperimente und -operationen bei ITER leitet.
„Die Bedeutung der EAST-Experimente besteht darin, dass sie zum ersten Mal gezeigt haben, dass Tokamak-Plasmen … für sehr lange Pulse aufrechterhalten und kontrolliert werden können – mehr als 1.000 Sekunden, was den langen Pulsen ähnlich ist, die ITER anstrebt, lange zu erreichen. Amtszeit“, fügte Pitts hinzu.
Es gibt alle möglichen Probleme, die mit dem Betrieb mit sehr langen Impulsen verbunden sind, und es ist für uns bei ITER sehr beruhigend zu sehen, dass dies erreicht wurde, wenn auch auf einem viel kleineren Gerät.“
Einer der Hauptvorteile des Super-I-Modus war die Fähigkeit, Energieverluste am Plasmarand zu reduzieren, wo sich das superheiße Gas direkt vor dem Hitzeschild des Tokamak befand, sagte Song Yuntao, Co-Autor der Studie. „Wenn wir Kernfusionsreaktionen mit Blitzeinschlägen vergleichen, ist unser Ziel, möglichst viele Blitzeinschläge in einem Magnetkäfig zu sammeln und die Energie stabil und dauerhaft für den menschlichen Gebrauch zu exportieren“, sagte Song am Samstag der chinesischen Nachrichtenagentur Staat Xinhua. „Die neue Funktionsweise, die auf EAST entdeckt wurde, ermöglicht es uns, mehr Blitzeinschläge zu sammeln, ohne den Magnetkäfig zu beschädigen, wodurch ein stabiler Betrieb für lange Zeit aufrechterhalten wird.“
Tokamaks wie EAST und ITER stellen einen der vielversprechendsten Wege zur kontrollierten Kernfusion dar. Es bleibt jedoch eine Herausforderung, ein Hochleistungsplasma zu erzeugen und es lange genug einzuschließen, damit Wasserstoff kombiniert wird, um Nettoenergie zu erzeugen – so wie unsere Sonne Licht und Wärme abgibt.
In Wirklichkeit verwenden Fusionswissenschaftler Betriebsparameter wie Temperatur und Energie – bekannt als „Modi“ – um den Zustand des Plasmas zu überwachen, sagte Dr. Liu Zhihong vom Hefei Institute of Plasma Physics.
Die meisten der heutigen Tokamaks, einschließlich EAST, arbeiten im H-Modus oder High-Confinement-Modus. Erstmals 1982 auf einem Tokamak in Deutschland entdeckt, ist der H-Modus beim Einschluss von Plasma mindestens 100-mal effizienter als der frühere Low-Confinement-Modus und hat große Reaktoren wie ITER ermöglicht.
Einer der Hauptnachteile des H-Mode-Betriebs ist jedoch die Möglichkeit, dass am Plasmarand eine schnelle Energiefreisetzung verursacht und umgebende Materialien beschädigt werden.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler den Modus I – oder Enhanced Confinement Mode – untersucht, bei dem Fusionsenergie durch einen kontinuierlicheren Prozess freigesetzt wird, um eine Beschädigung von Oberflächen zu vermeiden.
Das EAST-Team war überrascht, als es feststellte, dass sein neuer Modus im Vergleich zu Modus I den Energieeinschluss sowohl im Plasmakern als auch am Rand drastisch verbesserte, weshalb sie ihn Supermodus I nannten, sagte Liu.
Es ist unklar, ob ITER im Super-I-Modus betrieben werden kann, da dieser Modus nur im EAST gesehen wurde, bemerkte Pitts. ITER erwartet jedoch, in „erweiterten Szenarien“ ähnlich denen der EAST-Experimente betrieben zu werden.
Diese fortschrittlichen Szenarien ermöglichen sehr lange Plasmalebensdauern von bis zu 3.000 Sekunden auf ITER.“ Es wird also darum gehen, den Modus I auch auf dem ITER zu implementieren, der teilweise überarbeitet werden muss, obwohl er noch nicht einmal fertig ist.
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Der Artikel „ China kündigt neue Entdeckungen in der Kernfusion “ stammt von Scenari Economics .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Wed, 11 Jan 2023 21:49:41 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/la-cina-annuncia-nuove-scoperte-nella-fusione-nucleare/ veröffentlicht wurde.