Fusionsenergie Neuer Fusionsreaktor-Rekord von KSTAR: 48 Sekunden Plasmastabilität

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Im südkoreanischen Daejeon wird seit 2008 im Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) Plasma gezündet. Seither haben die Forscher Fortschritte bei der Stabilisierung des Plasmas sowie des sogenannten H-Mode gemacht. Ende März 2024 brannte „Koreas künstliche Sonne“ für 48 Sekunden bei 100 Millionen Grad Celsius.

Für die Menschheit ist die Kernfusion ein höchst interessantes Thema. Ihr wird das Potenzial zugerechnet, eine nahezu unerschöpfliche und saubere Energiequelle zu sein, die keine langfristigen radioaktiven Abfälle erzeugt und nur geringe CO₂-Emissionen verursacht. Viele Wissenschaftler sind sich sicher: Kernfusion könnte eine nachhaltige Lösung für die Energieversorgung der Zukunft bieten.

An dem Thema Kernfusion wird unter anderem am KSTAR geforscht. KSTAR steht für Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, befindet sich Daejeon und ist seit 2008 in Betrieb. Es handelt sich dabei um einen Tokamak, ein Gerät, das magnetische Felder verwendet, um ein Plasma aus Wasserstoffisotopen zu erzeugen und zu kontrollieren. Damit sollen Bedingungen geschaffen werden, die denen im Inneren von Sternen ähneln.

Seitdem im Jahr 2008 das erste Mal Plasma gezündet wurde, haben die Forscher am KSTAR einige Erfolge verzeichnet, nachdem sie 2018 einige mathematische Probleme rund um die Stabilität des Magnetfeldes gelöst und diese Lösungen anwenden konnten. Einen interessanten Fortschritt gab’s Ende März 2024 zu verzeichnen. Nicht nur konnte das Plasma bei 100 Millionen Grad Celsius für 48 Sekunden aufrechterhalten werden, auch der H-Mode wurde für 100 Sekunden gehalten.

Mit der Macht der künstlichen Sonne

Möglich wurde dieser Erfolg, nachdem die dem Plasma zugewandten Divertoren auf Wolfram-Monoblöcke umgestellt wurden, wie das Korean Institute of Fusion Energy (KFE) mitteilte. Zuvor waren Divertoren auf Kohlenstoffbasis zum Einsatz gekommen. Die Oberflächentemperatur der neuen Wolfram-Divertoren bei ähnlicher Wärmebelastung stieg demnach nur um 25 Prozent an und dieser Umstand bietet erhebliche Vorteile für den Langpulsbetrieb mit hoher Heizleistung.

Die letzte KSTAR-Plasmakampagne lief von Dezember 2023 bis Februar 2024 und in deren Rahmen wurde das Plasma mit Ionentemperaturen von einhundert Millionen Grad Celsius wie erwähnt für 48 Sekunden aufrechterhalten.

Der High-Confinement-Modus (H-Mode) wurde zudem für 102 Sekunden erreicht. Das ist der Modus, in dem sich das Plasma in einem stabilen Zustand befindet und stellt die Basisbetriebsart für die Aufrechterhaltung eines Hochtemperatur-Plasmazustands mit hoher Dichte dar.

KSTAR, so heißt es bei EurekaAlert!, ist führend in der Forschung zum Betrieb von Langpulsplasmen. KSTAR erreichte 2018 erstmals den Meilenstein eines 100-Millionen-Grad-Plasmas und stellte 2021 einen neuen Rekord auf, indem es ein Plasma mit einer Ionentemperatur von 100 Millionen Grad für 30 Sekunden aufrechterhielt.

Das Ziel von KSTAR

Dr. Si-Woo Yoon, Direktor des KSTAR-Forschungszentrums, äußert sich positiv zu den neuen Ergebnissen, die sich dank Hardware-Tests und der Vorbereitung der Plasma-Kampagne in kürzester Zeit nach der Umrüstung erzielen ließen. „Um das Ziel des KSTAR-Betriebs zu erreichen, planen wir, die Leistung der Heiz- und Stromantriebsvorrichtungen fortwährend zu verbessern und auch die Kerntechnologien zu sichern, die für den Langpuls-Hochleistungsplasmabetrieb erforderlich sind.“

Das langfristige Ziel von KSTAR ist es, eine Plasmastabilität von 300 Sekunden bei Ionentemperaturen über 100 Millionen Grad Celsius zu erreichen. Dafür habe sich die Forschung auf grundlegende Bereiche sowie auf die Hardware-Verbesserung konzentriert, etwa die Installation zusätzlicher Komponenten für die Wolframplasmaverkleidung und die Sicherstellung einer Echtzeit-Rückkopplungssteuerung unter Verwendung von KI-Technologien zur Verbesserung der Geräteleistung.

Das Wissen, das bei den Experimenten gewonnen wird, ist ungemein wertvoll für den Bau künftiger DEMO-Demonstrationsreaktoren, die ihrerseits wieder auf den Erkenntnissen des internationalen Gemeinschaftsprojekts ITER basieren würden. Der International Thermonuclear Experimental Reactor befindet sich in Südfrankreich in der Nähe von Cadarache und soll aktuellem Stand zufolge spät im Jahr 2025 fertiggestellt sein. Es handelt sich dabei um ein Tokamak-Experiment, das von sieben Partnern – der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten, Russland, China, Indien, Japan und Südkorea – finanziert und betrieben wird. (sb)

Neuer Weltrekord

Koreanischer Fusionsreaktor hält Plasma mit 100 Millionen °C 30 Sekunden

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