Kernfusion mit Bor und Protonen in Stellarator gelungen
Fusionsforscher des US-Unternehmens TAE haben gemeinsam mit japanischen Kollegen erstmals eine Bor-Protonen-Fusion in einem Reaktor gezündet. Ein Durchbruch?
(Bild: agsandrew/Shutterstock.com)
TAE Technologies will nicht nur einen kommerziellen Fusionsreaktor bauen, der deutlich vor dem internationalen Forschungsprojekt ITER Energie liefern soll. Die Gründer des US-Unternehmens haben einen auf den ersten Blick auch noch deutlich schwierigeren Weg gewählt: Sie setzen auf Wasserstoff und Bor als Brennstoff für den Reaktor. Dafür müssen sie ein Plasma erzeugen, das noch etwa acht bis zehn Mal heißer ist als das Plasma in einem mit Deuterium und Tritium betriebenen Reaktor – rund drei Milliarden Grad.
In Zusammenarbeit mit dem japanischen National Institute for Fusion Science (NIFS) hat TAE nun gezeigt, dass die Idee zumindest prinzipiell funktioniert. Sie erzeugen die allerersten Wasserstoff-Bor-Fusionsexperimente in einem magnetisch eingeschlossenen Fusionsplasma. Die Einzelheiten des Experiments beschreiben die Forschenden jetzt in einem Paper in Nature Communications.
TAE Technologies wurde 1998 als Tri Alpha Energy gegründet – und war damit eines der ersten privat finanzierten Unternehmen, die an einem Fusionsreaktor arbeiteten. Bis 2015 war die Firma praktisch im Stealth Mode unterwegs. "Eigentlich hatten wir ursprünglich auf staatliche Unterstützung gehofft", sagt TAE-CEO und Mitgründer Michl Binderbauer. "Aber die US-Regierung zog sich Ende der 1990er-Jahre aus Kostengründen aus dem ITER-Projekt zurück. Fusion galt der US-Politik als zu teuer."
(Bild: TAE Technologies)
Höhere Temperaturen für die Proton-Bor-Fusion
Doch private Investoren waren bereit, der Vision des Physikers Norman Rostoker von University of California, Irvine zu folgen. Nahezu die gesamte Fusionsforschung konzentrierte sich damals auf die Fusion von Deuterium und Tritium. Die lässt sich in einem Plasma mit rund 100 Millionen Grad zünden. Allerdings werden dabei hochenergetische Neutronen frei, die die Spule im Zentrum des Tokamak-Reaktors bombardieren und die Wände des Fusionsreaktors aktivieren, sodass sie radioaktiv werden.
(Bild: Nature Communications)
Rostoker wollte dagegen auf eine Proton-Bor-Fusion setzen. Denn bei dieser Fusionsreaktion werden keine Neutronen, sondern nur – elektrisch geladene – Alpha-Teilchen frei. Die lassen sich durch Magnetfelder eindämmen, und geben ihre Bewegungsenergie schließlich über die Elektronen an die Reaktorwand ab – wo sie über einen Wärmetauscher schließlich in einer Dampfturbine genutzt werden kann. Allerdings braucht die Bor-Protonen-Fusion wesentliche höhere Temperaturen. "Aber wenn man dieses Problem gelöst hat, ist alles andere technisch vergleichsweise einfach", sagt Binderbauer.
Um ein derartig heißes Plasma zu erzeugen und lange genug stabil zu halten, setzt TAE auf eine Technologie, die Field Reversed Configuration genannt wird: Eine Art Ring aus Plasma, der mithilfe von Teilchenstrahlen in Rotation versetzt wird. Der elektrische Strom, der dadurch entsteht, erzeugt Magnetfelder, die das Plasma zusammenhalten. Prinzipiell funktioniert das auch, allerdings ist die Energie des aktuellen Fusionsreaktors von TAE nicht hoch genug, um das Plasma auf die erforderlichen Temperaturen zu bringen.
