Kontrollierte Kernfusionsenergie: Wie weit ist die Menschheit von der Energiefreiheit entfernt?

Am Nachmittag des 25. August veröffentlichte die China National Nuclear Corporation eine offizielle Ankündigung, wonach bei der neuen Generation künstlicher Sonnen „China Toroidal 3“ große wissenschaftliche Forschungsfortschritte erzielt wurden und erstmals ein Betrieb im Hocheinschlussmodus bei einem Plasmastrom von 1 Million Ampere erreicht wurde. Damit wurde erneut der Betriebsrekord der magnetischen Fusionsanlage meines Landes gebrochen und wichtige technische Schwierigkeiten wie die Steuerung des Betriebs im Hocheinschlussmodus bei Plasmahochstrom, die Injektionskopplung des Hochleistungsheizsystems und die fortschrittliche Steuerung der Divertorposition überwunden. Dies zeigt, dass die Kernfusionsforschung meines Landes im Bereich der magnetischen Einschlusstechnologie einen wichtigen Schritt in Richtung eines Hochleistungsfusionsplasmabetriebs gemacht hat.

Der stationäre Betrieb der magnetischen Einschlussfusion kann eine stationäre Energieabgabe erreichen

Alle Dinge wachsen mit Hilfe der Sonne. Der Grund, warum die Sonne scheint und Wärme abgibt, ist die Kernfusionsreaktion in ihrem Inneren. Die Rohstoffe zur Erzielung der Kernfusion sind auf der Erde in großen Mengen vorhanden. Wenn es uns gelingt, eine „Sonne“ zur Stromerzeugung zu erschaffen, besteht für die Menschheit die Hoffnung auf Energiefreiheit. Die künstliche Sonne verfügt über einen sonnenähnlichen Funktionsmechanismus und kann durch Kernfusionsreaktionen enorme Energiemengen erzeugen.

Die kontrollierte Kernfusion bietet herausragende Vorteile wie reichlich vorhandene Ressourcen, Umweltfreundlichkeit und inhärente Sicherheit. Es handelt sich um einen der wichtigsten derzeit anerkannten Wege, um die Energieprobleme der Menschheit endgültig zu lösen.

„China Circulation 3“ wurde unabhängig vom Southwest Institute of Nuclear Physics der China National Nuclear Corporation entworfen und gebaut. Xiao Guoliang, ein assoziierter Forscher am Southwest Institute of Nuclear Physics der China National Nuclear Corporation, stellte vor, dass es drei Haupttypen kontrollierter Kernfusion auf der Grundlage der Einschlussmethode gibt, nämlich die Gravitationsfusion, dargestellt durch die Sonne, die Trägheitsfusion, dargestellt durch die Laserfusion, und die magnetische Einschlussfusion, dargestellt durch das Tokamak-Gerät.

Bei der magnetischen Einschlussfusion handelt es sich um eine Technologie, bei der Magnetfelder verwendet werden, um das Plasma im Fusionsbrennstoff im Weltraum einzuschließen. Das Tokamak-Gerät ist das gängigste Gerät für die kontrollierte Kernfusionsforschung. Dabei wird ein starkes Magnetfeld verwendet, um Plasma in einem Vakuumbehälter über einen langen Zeitraum bei Hunderten von Millionen Grad Celsius zu kontrollieren, wodurch die Fusionsreaktion stabil und kontinuierlich ablaufen kann.

„Der Hocheinschlussmodus (H-Modus) bei der Kernfusion mit magnetischem Einschluss ist ein typischer fortgeschrittener Betriebsmodus und wurde als Standardbetriebsmodus des im Bau befindlichen Internationalen Thermonuklearen Versuchsreaktors (ITER) ausgewählt.“ Xiao Guoliang sagte, dass mit dieser Methode in Zukunft durch Dauerbetrieb eine stabile Energieabgabe erreicht werden könne und dass dies auch der vielversprechendste Weg sei, um die Nutzung der Fusionsenergie erstmals zu realisieren.

Künstliche Sonne erreicht ultrahohen Strom und hohen Einschluss

Zur Messung von Kernfusionsanlagen und des Stands der Kernfusionsforschung gibt es drei Parameter: Brennstoffionentemperatur, Plasmadichte und Energieeinschlusszeit. Nur wenn das Produkt dieser drei Parameter einen bestimmten Wert überschreitet, kann eine echte Kernfusion erreicht werden. Zukünftige Fusionsreaktoren werden im Allgemeinen stabil über 1 Million Ampere arbeiten, um höhere Fusionsparameter und Ausgangsenergie zu erreichen.

Um die Nutzung der Fusionsenergie zu realisieren, ist es notwendig, die umfassenden Parameter des Plasmas an die Zündbedingungen der Fusion anzupassen, d. h. zu erreichen, dass die experimentelle Ausgangsenergie die Eingangsenergie übersteigt. Xiao Guoliang führte aus, dass der Hocheinschlussmodus (H-Modus) bei der Kernfusion mit magnetischem Einschluss die Gesamtparameter des Plasmas im Vergleich zum normalen Betriebsmodus um ein Vielfaches erhöhen und so die Gesamteinschlussleistung des Plasmas effektiv verbessern kann.

„Der Hocheinschlussbetrieb mit einem Plasmastrom von 1 Million Ampere kann so verstanden werden, dass der Hocheinschlussmodus in der Lage ist, das Plasma mit einem Strom von 1 Million Ampere besser für die Reaktion im Magnetfeld einzufangen und dadurch höhere Fusionsplasmaparameter zu erzielen.“ Xiao Guoliang führte aus, dass dies ein Ausdruck der umfassenden Fähigkeiten einer Fusionsanlage sei, zu denen neben anderen technischen Durchbrüchen auch die Fähigkeit zur Steuerung der Plasmakonfiguration, die Fähigkeit zur Hochleistungsheizung, eine Technologie zur Behandlung der Gerätewände, eine Technologie zur Gerätezufuhr, eine Technologie zur Instabilitätskontrolle und eine fortschrittliche diagnostische Messtechnologie gehörten.

Man geht davon aus, dass die Kernfusionsenergie Mitte dieses Jahrhunderts kommerziell verfügbar sein wird. Xiao Guoliang stellte vor, dass das Team von „China Toroidal 3“ Kerntechnologien wie Hochleistungsheizung und Stromantrieb, fortschrittliche Plasmabetriebssteuerung usw. weiterentwickeln werde, um einen Plasmabetrieb auf Kernebene zu realisieren und die Entwicklung der Fusionsenergie zu beschleunigen.