Wendelstein 7-X beim Bau.
Kernfusion: Weltpremiere mit Stellarator Wendelstein 7-X erreicht
Der Stellarator Wendelstein 7-X im deutschen Greifswald schreibt Fusionsgeschichte. Erstmals konnte die Forschungsanlage hochenergetische Helium-3-Ionen erzeugen. Ein wichtiger Schritt in Richtung kommerzieller Energieerzeugung, stellen die Forscher in einer Aussendung fest.
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Helium kennt man aus dem Unterricht als Element mit 2 Neutronen, 2 Protonen und 2 Elektronen. Doch es gibt 2 weitere stabile Helium-Ionen, also geladenen Helium-Atome. Helium-3 mit 2 Protonen und nur einem Neutron und Helium-4, auch bekannt als Alpha-Teilchen, das einfach den Kern eines herkömmlichen Heliumatoms darstellt, ohne Elektronen.
Helium-Ionen sind wichtig für die Wärmeerhaltung
Bei der Fusionsreaktion entstehen hochenergetische schnelle Alpha-Teilchen, die man im Plasma behalten will. Entweichen sie zu schnell, kühlt das Plasma ab und die Temperaturen für eine Kernfusion können nicht erreicht werden. Die Teilchen im Plasma zu halten, ist allerdings leichter gesagt als getan.
Stellarator vs. Tokamak
Sogenannte Stellaratoren nutzen ein speziell geformtes Spulensystem, das durch elektrische Ströme eine Art magnetischen Käfig um den Reaktor bildet. Anders als beim Tokamak-Reaktor, der ein Donut-förmiges Plasma erzeugt, wird die Plasmastabilität beim Stellarator nur von Magnetfeldern von außen beeinflusst. Beim Tokamak muss zusätzlich Strom ins Plasma induziert werden. Das macht Stellaratoren zumindest theoretisch stabiler.
Da es sich beim Wendelstein 7-X um einen kleineren Forschungsreaktor handelt, wird hier nicht mit Alpha-Teilchen experimentiert. Stattdessen nimmt man Helium-3-Ionen, die auf die passende Geschwindigkeit beschleunigt werden. Helium-3 ist allerdings sehr selten. Vom gesamten Helium auf der Erde ist nur 0,000138% Helium-3. Hauptquelle dafür sind momentan Schwerwasseratomreaktoren.
Eigenfrequenz von Helium-3-Ionen
Das Team rund um Wendelstein 7-X konnte sie nun allerdings selbst erzeugen. Dafür erzeugten sie ein Plasma aus Helium-4 und Wasserstoff und heizten es mit einem sogenannten Ionenzyklotron weiter auf. Dieser Ionenzyklotron speist über Antennen elektromagnetische Energie ins Plasma ein, wodurch die Atome beschleunigt werden. Die Forscher richteten nun die Frequenz dieses Teilchenbeschleunigers auf die Eigenfrequenz von Helium-3 aus, wodurch sie hochenergetische Helium-3-Ionen erzeugen konnten.
Dadurch kommt man nicht nur der kommerziellen Anwendung von Kernfusion einen Schritt näher, sondern kann auch besser die physikalischen Abläufe auf der Sonne verstehen. Dort bilden sich gelegentlich auch Helium-3-reiche Wolken, in denen die Helium-3-Konzentration bis zu 10.000 Mal höher ist als üblich. Über die Entstehung dieser Wolken können Forscher bisher nur mutmaßen. Die Forschung in Greifswald zeigt allerdings, dass Resonanzprozesse dafür verantwortlich sein könnten.
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