Bisher war Kernfusion nur ein Thema von internationalen Forschungsprojekten (wie ITER), jedoch nicht wirtschaftlich nutzbar. Die freigesetzte Energie bei Kernfusion ist der Grund, warum so viel in die Forschung investiert wird. Denn von einem Kilogramm fusioniertem Wasserstoff lässt sich viel Energie erzeugen wie bei der Verbrennung von 1000 Tonnen Kohle. Ein starker supraleitender Magnet von MIT macht Hoffnung auf einen kompakten Fusionsreaktor. Der supraleitende Magnet ist etwa drei Meter lang und halb so breit. In einem Tokamak-Reaktor halten viele dieser Magneten das Plasma zusammen.

Der neue supraleitende Magnet bricht Rekorde bei der Magnetfeldstärke und ebnet den Weg zur Fusionsenergie. Am 5. September 2021 wurde zum ersten Mal ein großer supraleitender Hochtemperatur-Elektromagnet auf eine Feldstärke von 20 Tesla hochgefahren, das stärkste Magnetfeld seiner Art, das je auf der Erde erzeugt wurde.

Kernfusion - Durchbruch am MIT: Hochtemperatursupraleiter, der neue supraleitende Magnet bricht Rekorde.

Die Fusion ist der Prozess, der die Sonne antreibt: die Verschmelzung von zwei kleinen Atomen zu einem größeren, wobei gewaltige Energiemengen freigesetzt werden. Für diesen Prozess sind jedoch Temperaturen erforderlich, die weit über dem liegen, was ein festes Material aushalten könnte. Um die Energiequelle der Sonne hier auf der Erde einzufangen, muss man etwas so Heißes - 100.000.000 Grad oder mehr - einfangen und eindämmen, indem man es so in der Schwebe hält, dass es nicht mit festen Stoffen in Berührung kommen kann.

Dies geschieht durch starke Magnetfelder, die eine Art unsichtbare Flasche bilden, in der die heiße, wirbelnde Suppe aus Protonen und Elektronen, ein so genanntes Plasma, enthalten ist. Da die Teilchen eine elektrische Ladung haben, werden sie durch die Magnetfelder stark kontrolliert, und die am häufigsten verwendete Konfiguration für ihren Einschluss ist eine donutförmige Vorrichtung, die Tokamak genannt wird. Die meisten dieser Geräte haben ihre Magnetfelder mit herkömmlichen Elektromagneten aus Kupfer erzeugt, aber die neueste und größte Version, die derzeit in Frankreich gebaut wird, ITER genannt, verwendet so genannte Niedrigtemperatur-Supraleiter.

Die wichtigste Neuerung im MIT-CFS-Fusionskonzept ist die Verwendung von Hochtemperatursupraleitern, die ein viel stärkeres Magnetfeld auf kleinerem Raum ermöglichen. Ermöglicht wurde diese Konstruktion durch ein neuartiges supraleitendes Material, das seit einigen Jahren kommerziell erhältlich ist. Die Idee entstand ursprünglich als Klassenprojekt in einem von Whyte geleiteten Kerntechnikkurs. Die Idee schien so vielversprechend zu sein, dass sie in den nächsten Kursen weiterentwickelt wurde und Anfang 2015 in das ARC-Kraftwerkskonzept mündete. SPARC, das etwa halb so groß wie ARC ist, dient als Testanlage, um das Konzept vor dem Bau des Kraftwerks in voller Größe zu testen.

Bisher war es nur möglich, die enorm starken Magnetfelder zu erzeugen, die notwendig sind, um eine magnetische "Flasche" zu schaffen, die in der Lage ist, das auf Hunderte von Millionen Grad erhitzte Plasma aufzunehmen, indem man sie immer größer machte. Das neue Hochtemperatur-Supraleitermaterial, das in Form eines flachen, bandähnlichen Bandes hergestellt wird, ermöglicht es jedoch, ein höheres Magnetfeld in einem kleineren Gerät zu erreichen, das der Leistung entspricht, die in einem Gerät mit 40-mal größerem Volumen unter Verwendung herkömmlicher Tieftemperatur-Supraleitermagnete erzielt werden würde. Dieser Leistungssprung im Verhältnis zur Größe ist das Schlüsselelement des revolutionären Designs von ARC.

Der Einsatz der neuen supraleitenden Hochtemperaturmagnete ermöglicht die Anwendung jahrzehntelanger experimenteller Erkenntnisse aus dem Betrieb von Tokamak-Experimenten, einschließlich der Alcator-Serie des MIT. Der neue Ansatz verwendet ein bekanntes Design, verkleinert aber alles auf etwa die Hälfte der linearen Größe und erreicht aufgrund des höheren Magnetfelds dennoch die gleichen Betriebsbedingungen.

Diese Kombination aus wissenschaftlich fundierten Konstruktionsprinzipien und einer bahnbrechenden Magnetfeldstärke macht es möglich, eine Anlage zu entwickeln, die wirtschaftlich rentabel ist und schnell entwickelt werden kann.

Der neue supraleitende Magnet bricht Rekorde bei der Magnetfeldstärke und ebnet den Weg zur Fusionsenergie.

Kernfusion

Deuterium und Tritium

100 Million Grad heisses Plasma

Kernfusionsprodukt Helium

Reaktor für Kernfusion

Magnetspulen im Reaktor

Schwebendes Plasma

Gesamte Anlage für Kernfusion.

Aubau Reaktor

Grossbaustelle ITER

Die Versuchsanlage SPARC mit supraleitenden Hochtemperaturmagneten von MIT

Das Video von Breaking Lab erklärt die aktuelle Enwicklung der Kernfusion.