Die Zähmung des Plasmas
Die erste große Aufgabe für die Forscher war es also, das Plasma in den Griff zu kriegen. Forscher in den USA und der Sowjetunion entwickelten in den 1950er Jahren, ohne voneinander zu wissen, dieselbe Lösung: das Konzept des magnetischen Spiegels. Dabei wird Plasma im Inneren einer magnetischen Spule erzeugt. Wegen der Lorentzkraft können sich die geladenen Teilchen im Plasma jetzt nur noch entlang der Magnetfeldlinien bewegen, alle Abweichungen führen nur dazu, dass sie sich auf Kreisbahnen um die Linien herum bewegen.
Auf diese Weise wird das Plasma stabilisiert. Am Ende der Spule wird das Magnetfeld noch einmal stark eingeschnürt, durch eine Spule mit kleinerem Durchmesser. An diesen Stellen wird das Magnetfeld deutlich stärker. Abweichungen in der Bewegungsrichtung von den Feldlinien sind dann in Richtung des stärkeren Magnetfelds mit größeren Kräften verbunden als umgekehrt. Im Resultat werden die Plasmateilchen wieder zurückgedrängt.
Diese magnetischen Spiegel sind aber nicht perfekt. Teilchen, die sich mit viel Energie zufällig genau entlang der Magnetfeldlinien bewegen, können dem Magnetfeld trotzdem entkommen.
Die richtige Lösung für das falsche Problem
Das ist schlecht für die Kernfusion, in der gerade die energiereichen Teilchen im Magnetfeld bleiben sollen. Es ist aber perfekt für elektrische Plasmatriebwerke, bei denen die energiereichen Teilchen ausgestoßen werden sollen. Satelliten und Raumsonden brauchen mit solchen Triebwerken nur noch einen Bruchteil des Treibstoffs für ihre Manöver im Weltraum. Die Forschung war also nicht vergebens, brachte aber der Kernfusion keinen Durchbruch.
Der letzte Versuch, das Konzept doch noch für die Kernfusion weiterzuentwickeln, scheiterte an den Finanzen. Motiviert durch die Ölkrise unternahmen die USA nochmals große Anstrengungen und eröffneten 1977 das Tandem Mirror Experiment – nach Investitionen von geschätzten 11 Millionen US-Dollar (inflationsbereinigt 44 Millionen Dollar heute).
Daraus entstand die Mirror Fusion Test Facility, ein Reaktor nach dem Konzept des magnetischen Spiegels. Er wurde am 21. Februar 1986 nach neun Jahren Bauzeit und 372 Millionen US-Dollar (inflationsbereinigt etwa 835 Millionen US-Dollar) Baukosten eröffnet. Aber noch am gleichen Tag wurden dem Projekt von der Reagen-Regierung alle Mittel für die dann anstehende Forschungsarbeit gestrichen, angeblich wegen Problemen im Budget des Bundeshaushalts der USA. Der Reaktor ging nie in Betrieb. Das Prinzip wurde kaum noch weiterverfolgt, auch wenn einige Entwicklungen wie der kompakte Fusionsreaktor, den Lockheed-Martin entwickeln will, eine ähnliche Technik verwenden.
Das erste Konzept, das die nötige Temperatur erreicht
Erfolgreicher war ein anderes Konzept zur Zähmung des Plasmas: der Tokamak. Auch bei diesem Konzept befindet sich das Plasma in einer magnetischen Spule, die aber zu einem Donut gebogen wird. Dadurch entsteht zunächst ein kreisförmiges Magnetfeld, die Verluste eines durchlässigen Spiegels werden vermieden.
Das Magnetfeld dieser Spule wird nun durch ein zweites Magnetfeld überlagert, dessen Magnetfeldlinien senkrecht dazu stehen. Es übt eine zusätzliche Kraft aus, die das Plasma in die ringförmige Bahn zwingt. Zusätzlich zu all dem wird jetzt das Plasma in Bewegung versetzt. Es fließt also ein ringförmiger Strom, wie wir ihn schon vom Pinch kennen. Dieser Strom hilft auch mit, das heiße Plasma von den Wänden des Reaktors fernzuhalten und so Energieverluste zu vermeiden.
Die erste Idee dafür hatte der Physiker Oleg Lawrentiew schon 1950 in der Sowjetunion. 1968 versetzte das Konzept die Welt in Erstaunen, als es als erstes Reaktorkonzept die nötigen Temperaturen für eine kontrollierte Kernfusion erreichte.
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