Spanien erreicht einen Meilenstein in der Kernfusion: Das erste vom SMART-Reaktor erzeugte Plasma gibt Anlass zu Optimismus

Wir haben Neuigkeiten über den experimentellen Kernfusionsreaktor der Universität Sevilla – und es sind sehr gute Nachrichten. Der SMART Tokamak-Plan hat zum Ziel, einen außergewöhnlich kompakten Reaktor vom Typ Tokamak zu entwickeln. Tatsächlich steht das Akronym SMART für den englischen Begriff „SMall Aspect Ratio Tokamak“. Der Bau eines kompakten Fusionsreaktors ist jedoch eine anspruchsvolle Aufgabe.

Im Gegensatz dazu ist ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), der experimentelle Fusionsreaktor, der von einem internationalen Konsortium unter europäischer Leitung im französischen Cadarache errichtet wird, aus mehreren guten Gründen von gigantischer Größe. Der Hauptgrund dafür ist, dass eine große Vakuumkammer zusammen mit starken Magnetfeldern eine effektivere Stabilisierung des Plasmas ermöglicht. Zudem minimiert diese Konstruktion den Energieverlust.

Obwohl der experimentelle Fusionsreaktor SMART, an dem Ingenieure der Universität Sevilla arbeiten, nicht die gewaltigen Ausmaße von ITER besitzt, bedeutet dies nicht, dass er nicht realisierbar ist. Tatsächlich unterscheidet sich die Strategie von SMART radikal von derjenigen von ITER, und sein Design ist überraschend innovativ. Die Entwicklung von SMART erfolgt im Rahmen der internationalen Initiative Fusion2Grid, sodass die Forscher aus Sevilla in diesem Vorhaben nicht allein sind. Sie arbeiten Seite an Seite mit Wissenschaftlern des Plasma Physics Laboratory der Princeton University.

SMART hat bereits das erste Plasma mit negativer Dreieckigkeit erzeugt. Die Vakuumkammer, in der die Fusion der Deuterium- und Tritiumkerne – den beiden Wasserstoffisotopen, die an der Fusionsreaktion beteiligt sind – stattfindet, muss im SMART-Reaktor nicht so groß sein wie in ITER oder anderen experimentellen Fusionsanlagen, da sie von der negativen Dreieckigkeit profitiert. Im Wesentlichen beschreibt die Dreieckigkeit die Geometrie des Plasmas im Inneren des Tokamaks, während es im Magnetfeld eingeschlossen ist.

In experimentellen Tokamak-Fusionsreaktoren ist es üblich, eine positive Dreieckigkeit anzunehmen, bei der der breiteste Teil des dreieckigen Plasmaquerschnitts außerhalb des Zentrums der Vakuumkammer liegt. Diese Geometrie ist gut bekannt und funktioniert, ist jedoch nicht optimal für die Kontrolle von Plasmaturbulenzen. Im Gegensatz dazu bewirkt die negative Dreieckigkeit von SMART, dass der Plasmaquerschnitt zur Mitte hin komprimiert wird, sodass der breiteste Teil nach innen zur Vakuumkammer ausgerichtet ist.

Die negative Dreieckigkeit bietet zwei wesentliche Vorteile. Einerseits ist sie äußerst effektiv bei der Kontrolle von Plasmainstabilitäten. Andererseits trägt sie dazu bei, die Wärme gleichmäßiger am Boden des Reaktors zu verteilen. Das größte Problem besteht darin, dass diese Technologie noch relativ jung ist und umfangreiche Forschung erfordert. Glücklicherweise sind die Forscher der Universität Sevilla auf dem richtigen Weg. Sie haben bereits den ersten Plasmatest erfolgreich durchgeführt, ein Meilenstein, der den Beginn der Experimentierphase des SMART-Reaktors markiert.

“Wir waren alle sehr aufgeregt, das erste magnetisch eingeschlossene Plasma zu sehen, und freuen uns darauf, die Fähigkeiten des SMART-Reaktors zusammen mit der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft zu nutzen […] SMART hat weltweit enormes Interesse geweckt”, sagte Eleonora Viezzer, Physikerin und Professorin an der Universität Sevilla. Die Anfangsinvestition in dieses Projekt betrug etwas mehr als fünf Millionen Euro, aber im Verlauf der geschätzten zehnjährigen Entwicklungszeit wird voraussichtlich eine Gesamtinvestition von etwa 500 Millionen Euro erforderlich sein.

Bild | Universität Sevilla