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Kernfusion: JET knackt Energierekord

Plasma im Fusionsreaktor erreicht Rekordwert vom 59 Megajoule Energiefreisetzung

Fusionsreaktor JET
Im Fusionsreaktor JET haben Physiker einen neuen Fusionsenergie-Rekord mit einem Deuterium-Tritium-Plasma erzielt. © UKAEA

Auf dem Weg zum ITER: Der weltgrößte Fusionsreaktor JET hat einen neuen Rekord aufgestellt. Er erzeugte ein stabiles Deuterium-Tritium-Plasma, das gut 59 Megajoule an Energie in Form von Wärme und Neutronen freisetzte. Noch liegt dies zwar unter dem „Breakeven“-Punkt, ab dem die Kernfusion mehr Energie freisetzt als für die Plasmaheizung benötigt wird. Dennoch gilt dieser Rekord als wichtiger Test für den ITER-Fusionsreaktor – der diese Schwelle erstmals überschreiten soll.

Die Kernfusion ist der „Treibstoff“ unserer Sonne – und gilt auch auf der Erde als Energie der Zukunft. Doch welches Bauprinzip sich am besten für Fusionsreaktoren eignet, ist bislang strittig. Sowohl Wendelstein-7-X als größter Reaktor vom Typ Stellarator als auch der europäische Tokamak-Reaktor JET – der weltgrößte Fusionsreaktor überhaupt – haben erste Erfolge erbracht. Die im englischen Oxford stehende JET-Anlage ist zudem direkter Vorgänger des im Bau befindlichen Fusionsreaktors ITER. Dieser soll erstmals den Breakeven-Punkt überschreiten – und mehr Energie durch Kernfusion erzeugen als für die Aufheizung seines Plasmas nötig ist.

Reaktor JET
Blick in die Brennkammer des JET-Reaktors. Links ein darüber geblendetes Bild des Fusionsplasmas. © UKAEA

Mehr Fusionsenergie als je zuvor

Im Fusionsreaktor JET ist Physikern nun ein neuer Rekord gelungen: Zum ersten Mal wurde mit einem Deuterium-Tritium-Plasma eine Energie von 59 Megajoule produziert. Die in Form von Wärme und Neutronen freigesetzte Leistung des Reaktors entsprach damit rund fünf Sekunden lang im Schnitt rund elf Megawatt, wie die Physiker berichten. Dies ist knapp viermal so viel wie bei einem früheren Energierekord aus dem Jahr 1997.

Die Physiker werten die Erzeugung dieses über Sekunden stabilen und energiereichen Fusionsplasmas als wichtigen Erfolg: „Ein anhaltender Impuls der Deuterium-Tritium-Fusion auf diesem Leistungsniveau – fast im industriellen Maßstab – ist eine durchschlagende Bestätigung für alle, die an der globalen Fusionsforschung beteiligt sind“, sagt Bernard Bigot, Generaldirektor von ITER.

Testlauf für ITER

Zwar liegt die Leistung des Fusionsreaktors noch deutlich unter dem Breakeven-Punkt, denn für das Aufheizen des Plasmas auf rund 100 Millionen Grad wurden etwa 33 Megawatt gebraucht, die freigesetzte Energie entsprach dgegen einer Leistung von nur rund elf Megawatt. Allerdings ist die JET-Anlage auch zu klein, um die dafür nötige Fusionsenergie zu produzieren. Dies wird erst im größeren ITER-Reaktor der Fall sein. In Vorbereitung darauf sollte das aktuelle Experiment klären, welche Parameter das Deuterium-Tritium-Plasma aufweisen musste, um möglichst viel Fusionsenergie zu erzeugen.

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Zum anderen diente das Experiment auch als Test für die neue Auskleidung der Brennkammer, die wie beim Nachfolger ITER speziell an die enormen Temperaturen des Plasmas angepasst werden musste. „Sie besteht vollständig aus dem Material mit dem höchsten Schmelzpunkt – Wolfram. Dieses erst bei 3.422 Grad Celsius schmelzende Metall soll später auch bei dem JET-Nachfolgerprojekt ITER eingesetzt werden“, erläutert Christian Linsmeier vom Forschungszentrum Jülich.

Wichtiger Test der Deuterium-Tritium-Fusion

Die Besonderheit des neuen Rekords liegt aber im verwendeten Plasma: Der Fusionsreaktor JET nutzt als einer der wenigen weltweit ein Plasma aus Deuterium und Tritium – zwei schweren Isotopen des Wasserstoffs. Diese Mischung gilt als besonders geeigneter Fusionsbrennstoff und soll auch im ITER-Reaktor eingesetzt werden. Weil aber Tritium radioaktiv und schwer zu gewinnen ist, werden die meisten Fusionsexperimente mit reinem Wasserstoffplasma oder mit Deuterium durchgeführt.

„Für den Übergang zum internationalen Fusionsgroßexperiment ITER ist es allerdings wichtig, dass wir uns auf die dort herrschenden Bedingungen vorbereiten“, erklärt Athina Kappatou vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. Ihre Kollegin Sibylle Günter ergänzt: „Was wir in den vergangenen Monaten gelernt haben, wird es uns erleichtern, Experimente mit Fusionsplasmen zu planen, die wesentlich mehr Energie erzeugen als für ihre Heizung benötigt wird.“

Quelle: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), Forschungszentrum Jülich

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