#Neue Magnete für die Kernfusion

Forschenden gelingt ein wichtiger Fortschritt in der Kernfusion. Ein neuartiger, supraleitender Magnet, der in Fusionsreaktoren eingesetzt werden kann, wurde erfolgreich getestet.

Eine künstliche Sonne auf der Erde – dieser Traum einer quasi unerschöpflichen Energiequelle durch die Kernfusion treibt Forschende seit Jahrzehnten an. Denn die Verschmelzung von Atomkernen des Wasserstoffs und seiner Isotope Deuterium und Tritium zu Heliumkernen setzt in Sternen wie der der Sonne enorme Mengen an Energie frei. Das schon seit Langem angestrebte Ziel, ein Fusionskraftwerk zu bauen, das mehr Energie produziert als es verbraucht, könnte viele unserer Energieprobleme mit einem Schlag lösen. Der große Vorteil dieser Art der Energiegewinnung: Der Brennstoff der Fusion könnte aus dem Meerwasser gewonnen werden und ist praktisch grenzenlos verfügbar. Nebenbei könnte Strom produziert werden, ohne Treibhausgase zu emittieren und radioaktiven Abfall zu produzieren.

Damit die Kernfusion einsetzt, muss der Brennstoff in den Fusionsreaktoren auf hohe Temperaturen und Drücke gebracht werden. Das heiße Plasma wird dabei mit Hilfe starker Magneten in einem schwebeartigen Zustand gehalten, da kein Material einem Kontakt mit dem Millionen Grad heißen Brennstoff standhalten würde. Die dafür verwendeten leistungsstarken Elektromagnete bestehen aus supraleitenden Spulen. Bisher waren die besten supraleitenden Magnete zwar leistungsstark genug, um das Plasma auf Fusionsenergie zu bringen und sicher einzuschließen – aber nur bei Größen und Kosten des Aufbaus, die nicht im praktischen oder wirtschaftlich effizienten Bereich lagen.

Neu erforschte Technik

Im September 2021 ist Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein großer Erfolg in der Fusionsforschung gelungen. Sie entwickelten eine neue Art von Magneten, die für künftige Fusionskraftwerken geeignet wären. „Sie verringern im Grunde die Kosten pro Watt eines Fusionsreaktors an einem Tag um den Faktor fast 40. Jetzt hat Fusion eine Chance“, erklärt Dennis Whyte vom MIT. Supraleitende Magneten sind auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) angewiesen. Während bisherige Fusionsmagnete eine Kühlung auf etwa 4 Kelvin benötigten, wird das neu erforschte Magnetmaterial mit dem Namen REBCO (engl: rare-earth barium copper oxide) schon bei 20 Kelvin widerstandsfrei leitend. Dies klingt erst einmal nach einem kleinen Unterschied, es bringt aber erhebliche Vorteile in Bezug auf Materialeigenschaften und praktische Technik mit sich, wie die Wissenschaftler erklären. Des Weiteren seien die REBCO-Magnete einfacher einzubauen. Sie benötigen keinen zusätzlichen Isolator, wodurch Raum für weitere Bestandteile zur Kühlung oder zur Steigerung der Festigkeit eingebaut werden können. 

Erfolgreiches Testverfahren

In ersten Tests ihrer neuen REBCO-Magneten erzeugte das Forschungsteam absichtlich instabile Bedingungen, beispielsweise durch das Abschalten der Stromversorgung zur Kühlvorrichtung. Dies gilt für die Fusionsmagnete oft als ein schlimmes Szenario, da sie aufgrund von Überhitzung zerstört werden können. Das Bild zeigt den Versuchsaufbau mitsamt der neuen supraleitenden Magnete am MIT.

Zur Freude der Wissenschaftler zeigten sich positive Ergebnisse. „Im Grunde haben wir einer Spule absichtlich das Schlimmste angetan, was möglich war, nachdem wir alle anderen Aspekte der Spulenleistung getestet hatten. Und wir haben festgestellt, dass der größte Teil der Spule ohne Schaden überlebt hat“, erklärt Whyte. Das erfolgreiche Testen des neu entdeckten Magneten war „das Wichtigste der Fusionsforschung in den letzten 30 Jahren“, fasst er zusammen.

© wissenschaft.de – Johannes Becker