China macht Fortschritte bei seinem „künstlichen Sonnenprojekt“, um eine nahezu unendliche Energiequelle zu entwickeln. Chinesische Wissenschaftler, die an diesem Projekt arbeiten, haben eine bisher unbekannte Art der Plasmaaktivität entdeckt, die eine zuverlässigere und effizientere Energieerzeugung durch Kernfusion ermöglichen könnte.
Ein Durchbruch und eine Demonstration eines neuen Plasma-Betriebsszenarios namens Super I-Mode wurde auf dem Advanced Experimental Supraconductor Tokamak (EAST) erzielt. nach an den Hefei Institutes of Physical Sciences, Chinese Academy of Sciences (CAS).
Der EAST-Reaktor von Hefei entdeckte im Dezember 2021 nach einem rekordverdächtigen 17-minütigen Betrieb zum ersten Mal den „Super I-Modus“, gemeldet SCMP. Die streng begutachteten Ergebnisse wurden am 6. Januar 2023 in der internationalen Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Der neue selbstorganisierende High-Containment-Super-I-Modus veranschaulicht den Fortschritt und die Zuverlässigkeit der Maschine und liefert Informationen darüber, wie das Plasma konstant und über einen längeren Zeitraum am Laufen gehalten werden kann.
Der Rekordlauf, bei dem Magnetfelder verwendet wurden, um ein plasmabeladenes Gas aus frei beweglichen Elektronen und Wasserstoffionen auf eine Temperatur von 70 Millionen Grad Celsius zu erhitzen, konnte erfolgreich hohe Energie sowohl am Rand des Plasmas als auch weiter in das Plasma hinein enthalten.
Weitere Tests ergaben, dass der neue Modus laut Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ihren Mitarbeitern aus den Vereinigten Staaten, Europa und den Vereinigten Staaten Japan unter anderem ein starkes Potenzial für den Einsatz im International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) hat.
Der größte Fusionsreaktor der Welt, ITER, wird derzeit in Frankreich gebaut. Laut dem Physiker Richard Pitts, der die Plasmaexperimente und -operationen bei ITER überwacht, ist dies ein entscheidender Durchbruch für ITER und die Fusion.
Pitts fügte hinzu, dass die EAST-Tests von entscheidender Bedeutung seien, da sie zum ersten Mal zeigten, dass Tokamak-Plasmen für sehr lange Impulse – über 1.000 Sekunden – aufrechterhalten und reguliert werden könnten, was den langen Impulsen entspricht, die ITER langfristig erreichen will.
Pitts bemerkte viele Herausforderungen bei Operationen mit sehr langen Impulsen, und es ist für ITER ziemlich beruhigend zu sehen, dass dies selbst bei einem erheblich kleineren Gerät erreicht wurde.
Laut Song Yuntao, Co-Autor der Studie, war einer der Hauptvorteile des Super-I-Modus seine Fähigkeit, den Energieverlust in der Nähe des Randes des Plasmas zu reduzieren, wo das superheiße Gas direkt auf den Hitzeschild gerichtet war.
Song erklärte, dass Forscher, wenn wir Kernfusionsprozesse mit Blitzen gleichsetzen, darauf abzielen, so viele Blitze wie möglich in einem Magnetkäfig zu sammeln und die Energie auf stabile und dauerhafte Weise für den menschlichen Gebrauch zu übertragen.
Song sagte, die auf EAST entdeckte neue Betriebsweise ermögliche es chinesischen Wissenschaftlern, mehr Blitze einzufangen und gleichzeitig den stationären Betrieb über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Warum ist der neue Super I-Mode wichtig?
Fusion ist der Prozess der Verschmelzung von zwei Wasserstoffatomen, um ein Heliumatom zu erzeugen, während enorme Energie emittiert wird, die Sonne und Sterne antreibt.
Wissenschaftler wollen die Kraft der Sonne auf der Erde nachbilden und wollen, dass der Fusionsprozess gut kontrolliert wird. Sie erwarten, dass die Gesellschaft auf eine neue Art und Weise mit Energie versorgt wird, die viel effizienter und umweltfreundlicher ist.
Einer der meisten aussichtsreiche Strecken Richtung kontrollierte Kernfusion geht durch Tokamaks wie EAST und ITER. Die Herausforderung besteht immer noch darin, Hochleistungsplasma zu erzeugen und es lange genug einzuschließen, damit sich die Wasserstoffe verbinden können, um wie die Sonne saubere Energie zu erzeugen.
Liu Zhihong vom Hefei Institute of Plasma Physics sagte, dass Fusionswissenschaftler Betriebsparameter oder “Modi” verwenden, um den Zustand des Plasmas zu steuern. Zu diesen Faktoren gehören Temperatur und Energie.
Mehr Die heutigen Tokamaks, einschließlich EAST, arbeiten im High-Containment-Modus oder im H-Modus.Große Reaktoren wie ITER wurden durch den H-Modus ermöglicht, der erstmals 1982 in Deutschland an einem Tokamak nachgewiesen wurde einschließendes Plasma als der vorherige Low-Confinement-Modus.
Ein wesentlicher Nachteil des H-Modus-Betriebs besteht jedoch darin, dass er eine plötzliche Energiefreisetzung am Rand des Plasmas verursachen und Materialien in der Nähe beschädigen kann.
Um Oberflächenschäden zu vermeiden, haben Wissenschaftler kürzlich Modus I erforscht, auch bekannt als Enhanced Containment Mode, bei dem Fusionsenergie durch einen kontinuierlicheren Prozess freigesetzt wird.
Wissenschaftler waren jedoch erstaunt, als sie erfuhren, dass der neue Modus im Vergleich zum I-Modus die Energieeindämmung erheblich verbessert hatte, was ihm den Spitznamen Super I-Modus einbrachte. Pitts wies darauf hin, dass, da der Super-I-Modus nur auf EAST beobachtet wurde, nicht klar ist, ob ITER ihn verwenden könnte. Er fügte hinzu, dass ITER plant, in „erweiterten Szenarien“ ähnlich den EAST-Experimenten zu arbeiten.
“Diese fortschrittlichen Szenarien ermöglichen es Ihnen, sehr lange Plasmadauern zu betreiben – bis zu 3.000 Sekunden auf ITER. Im H-Modus kann ITER nur eine Plasmadauer von etwa 500 Sekunden erreichen”, sagte Pitts.
EAST ist das erste seiner Art, das mit Impulsen von 1.000 oder weniger arbeitet. Seit seinem Betrieb im Jahr 2006 hat der Reaktor Tausende von Experimenten unterstützt, die national und mit der globalen Fusionsgemeinschaft durchgeführt wurden.