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News: Energiequelle ohne Puls

Kernfusion heißt das Zauberwort: Eine saubere und nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Doch noch sind wir weit entfernt davon, diese auch nutzen zu können, denn für Forscher bleibt noch einiges zu tun. So versuchen sie seit einiger Zeit, die gepulste Arbeitsweise des Tokamak-Reaktors durch eine kontinuierliche zu ersetzen. Diesem Schritt ist nun eine Wissenschaftlergruppe etwas näher gekommen. Sie schickten sorgfältig abgestimmte Mikrowellen in den Reaktor und erhielten dabei einen kontrollierten Plasmastrom. Dieser hielt zwar jedesmal nur zwei Sekunden an, doch die Wissenschaftler sind sich sicher, dass die Grenze lediglich durch die Dauer der Mikrowellenbestrahlung bestimmt wurde.
Zur Energiegewinnung durch Kernfusion in Tokamak-Reaktoren ist ein Magnetfeld notwendig, welches das Wasserstoff-Plasma hinreichend lange auf einer hohen Temperatur und Dichte hält. Einen wichtigen Teil dieses Feldes generiert der Plasmastrom, der durch Induktion aufrecht erhalten wird: Dabei wird ein sich zeitlich verändernder Strom in einer Spule erzeugt, der wiederum ein Magnetfeld induziert, das sich mit dem Strom ebenfalls zeitlich verändert. Dieses Magnetfeld ruft dann den Plasma-Strom hervor. Doch weil der Transformator-Strom sich mit der Zeit kontinuierlich ändern muss, erfordert die induktive Technik ein gepulstes Signal. Ein oszillierender Transformator-Strom würde den Plasma-Strom periodisch zerstören.

Diese gepulste Arbeitsweise ist aber nicht nur ein schlechtes Geschäft für energieerzeugende Unternehmen, sie erzeugt auch mechanischen und thermischen Stress im System. Doch es gibt auch die Möglichkeit, einen gleichmäßigen Strom zu erhalten. Bei der bekanntesten Methode werden elektromagnetische Wellen in das Plasma geschickt. Die sogenannte lower hybrid current drive-Methode, wird seit den frühen achtziger Jahren angewendet. Allerdings ist es nicht einfach die Wellen durch das Plasma zu leiten und deren Auswirkungen zu kontrollieren, erklärt Olivier Sauter vom Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL).

Das electron cyclotron current drive (ECCD) hingegen verwendet Mikrowellen mit höherer Frequenz. Im ECCD passen die Wissenschaftler den Mikrowellen-Strahl an die sogenannte Zyklotron-Frequenz an. Mit dieser Frequenz kreisen die Elektronen im Tokamak-Reaktor entlang der magnetischen Feldlinien. Der Strahl tritt schräg in den Torus und beschleunigt nur Elektronen, die in die passende Richtung fliegen.

Sauter und seine Kollegen verwandten Mikrowellen mit einer Frequenz von 83 GHz und 0,5 MW Leistung und erhielten damit einen kontinuierlichen Plasmastrom, der jedesmal zwei Sekunden anhielt und sowohl eine hohe Temperatur als auch eine hohe Dichte hatte. Bei der bisher genutzten kontinuierlichen Methode hielt das Plasma nur wenige zehntel Sekunden an. Die Forscher konnten zeigen, dass ihr Plasma über die gesamte Zeit stabil war. Sauter erklärte, dass mit verbesserten Mikrowellen-Quellen auch längere stabile Läufe möglich wären. An einer solchen Technologie arbeiten Wissenschaftler im Moment überall auf der Welt (Physical Review Letters vom 10. April 2000).

Für das ECCD "ist es die beste Demonstration bisher", sagt Tony Taylor vom General Atomics in San Diego. Für Fred Skiff von der University of Iowa ist diese Arbeit sehr "bedeutsam", weil einige Skeptiker daran gezweifelt haben, dass ECCD überhaupt unter wirklichen Reaktrobedingungen arbeiten kann. Beide heben den Nutzen der Technik hervor, einschließlich der Möglichkeit, auf bestimmte Bereiche des Plasmas einzuwirken. Dadurch könnten die Instabilitäten des Plasmas in zukünftigen Tokamak-Reaktoren besser kontrolliert werden.

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