Neues Design für Fusionsreaktor der Zukunft

15. Oktober 2018, 16:40 Uhr
ARC-Modell eines kompakten Fusionsreaktors. Bild: MIT / Alexander Creely
ARC-Modell eines kompakten Fusionsreaktors. Bild: MIT / Alexander Creely
Ein von Industrieforschern unterstütztes Klassenprojekt am MIT hat zu einer innovativen Lösung für eine der größten Schwierigkeiten des Betriebs von Fusionskraftwerken geführt: Es geht um die Abfuhr überschüssiger Wärme, die strukturelle Schäden an der Anlage verursachen würde.

Die neue Lösung für kompakte Fusionsreaktoren nutzt Elektromagnete mit Hochtemperatur-Supraleitern. Für die praktische Weiterentwicklung und ökonomische Verwertung wurde ein Spin-off gegründet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fusionsanlagen ist es hier möglich, an das Innenleben zu gelangen und kritische Komponenten zu ersetzen, was für den wirtschaftlichen Betrieb ebenfalls von Bedeutung ist. Das neue Prinzip wird in einem Beitrag in der Zeitschrift Fusion Engineering and Design beschrieben. Im Prinzip funktioniert die Wärmeabgabe aus einem Fusionsreaktor ähnlich wie die Abgasanlage eines Autos. Das „Auspuffrohr“ ist dabei viel länger und breiter als bei aktuellen Fusionskonzepten, wodurch es viel effektiver unerwünschte Wärme abführt.

Der neue Vorschlag aus dem MIT hat das Ziel der praktischen Nutzung von Fusionsenergie in greifbare Nähe gerückt. Aber noch sind nicht alle Fragen der Wärmeabfuhr aus dem superheißen Plasma gelöst. Der größte Teil der in einem Fusionsreaktor erzeugten Energie wird in Form von Neutronen an die sogenannte Decke abgegeben, ein Material, das das Fusionsplasma umgibt. Diese Wärme kann man zum Antrieb einer Turbine verwenden. Aber etwa 20 % der Energie entsteht im Plasma selbst. Will man verhindern, dass die Kammermaterialien schmelzen, muss man sie abführen, denn kein Material kann der sonst entstehenden Temperatur des Plasmas in der Größenordnung von Millionen Grad standhalten. Starke Magneten sollen verhindern, dass das Plasma jemals in direkten Kontakt mit den Innenwänden der Fusionskammer kommt. Bei typischen Fusionsrektoren wird mit separaten Magneten Plasma in eine Seitenkammer zur Ableitung überschüssiger Wärme geleitet. In kompakten Anlagen reicht dieses Prinzip aber nicht aus.

Das neue Prinzip aber würde viel kleinere Reaktoren bei vergleichbarer Leistung ermöglichen. Bei herkömmlichen Fusionsreaktoren liegen die sekundären Magnetspulen außerhalb der primären. Folglich müssen die Sekundärspulen groß und kräftig ausgelegt sein, damit ihre Felder in ausreichender Stärke ausreichend tief in die Kammer eindringen. Außerdem können sie daher die Plasmaform nicht sehr präzise steuern.
Beim neuen Prinzip können die sekundären Magneten innerhalb der größeren primären Magneten angeordnet werden, was nicht nur eine kompaktere und wartungsfreundlicher Bauform zulässt, sondern geringere Steuerfelder für die Ausleitung von Plasma erlaubt, die zudem präziser steuerbar sind und eine bessere Abfuhr überschüssiger Wärme ermöglichen.
Simulationen belegen die Effektivität des neuen Designs.
 
Quelle: MIT News
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