JET-Physiker sind bereit, den Brennstoff für den ITER-Tokamak zu testen

Der britische Tokamak Joint European Torus (JET) wird bald damit beginnen, einen Brennstoffmix zu testen, der in Zukunft ITER, den größten experimentellen Fusionsreaktor der Welt, antreiben könnte. Kernfusion ist ein Prozess, der in der Sonne abläuft. Ihre Beherrschung kann der Menschheit eine nahezu unerschöpfliche Quelle sauberer Energie liefern.

JET ist 10-mal kleiner als ITER. Im Dezember wurde dort mit Experimenten mit Tritium begonnen. Damit führt die Menschheit zum ersten Mal seit 1997 Fusionsreaktionen mit signifikanten Mengen dieses Elements durch.

Im Juni dieses Jahres werden Tests beginnen, bei denen gleiche Mengen von Tritium und Deuterium an der Reaktion beteiligt sind. Genau so wird ITER funktionieren, so dass wir mehr Energie aus der Fusion herausholen können, als wir hineinstecken. Bis jetzt ist es der Menschheit nicht gelungen, einen Netto-Energiegewinn aus der Fusion zu erzielen.

Video nur exemplarisch.  

Endlich, nach Jahren der Vorbereitung, haben wir den Punkt erreicht, an dem wir mit dem Testen beginnen können. Wir sind bereit, sagt Joelle Mailloux, die das Wissenschaftsprogramm bei JET leitet. Die Experimente am JET werden den Wissenschaftlern helfen, vorherzusagen, wie sich das Plasma in ITER verhalten wird und die Betriebsparameter des großen Tokamaks entsprechend anzupassen. Dies ist die naheste Simulation der ITER-Bedingungen, die wir im Moment machen können, erklärt Tim Luce, Chefwissenschaftler des ITER-Experiments. Die Tests, auf die sich JET vorbereitet, sind die Krönung von 2 Jahrzehnten Forschung. ITER wird voraussichtlich im Jahr 2025 betriebsbereit sein. Zu diesem Zeitpunkt werden in ihm niederenergetische Reaktionen mit Wasserstoff durchgeführt. Ab 2035 soll es jedoch nur noch Tritium und Deuterium im Verhältnis 1:1 verwenden. Sowohl ITER als auch JET verwenden ein sehr starkes Magnetfeld, um das Plasma zu halten und zu komprimieren. Die Temperaturen im JET können 100 Millionen Grad Celsius erreichen. Diese ist um ein Vielfaches höher als im Kern der Sonne.

Die letzten Experimente, die die Menschheit mit der Tritiumfusion durchgeführt hat, wurden nur am JET durchgeführt. Das Ziel war es, einen Rekord im Verhältnis von gewonnener zu eingesetzter Energie aufzustellen. JET stellte einen Rekord von Q=0,67 auf, der bis heute gültig ist. Ziel des diesjährigen Experiments ist es, ein ähnliches Ergebnis zu erzielen und die Reaktion für mindestens 5 Sekunden aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise wollen die Wissenschaftler Daten über das Verhalten des Plasmas für eine längere Zeit erhalten.

Die Arbeit mit Tritium stellt die Spezialisten vor neue Herausforderungen. Die Spezialisten von JET haben die letzten 2 Jahre damit verbracht, ihre Geräte anzupassen und sie auf die Arbeit mit diesem radioaktiven Element vorzubereiten. Tritium hat eine sehr kurze Halbwertszeit, kommt in der Natur in Spuren vor und wird als Zwischenprodukt von Kernkraftwerken erzeugt. Die gesamte Weltproduktion von Tritium beträgt nur 20 Kilogramm.

Sobald die Tritium-Experimente gestartet sind, wird das Innere von JET radioaktiv und darf 18 Monate lang nicht betreten werden. Wir mussten unsere Verfahren ändern. Alles muss beim ersten Mal funktionieren. Wir werden nicht in der Lage sein, dort hineinzugehen und etwas zu optimieren, erklärt Ian Chapman. Während der Tests wird JET weniger als 60 Gramm Tritium verbrauchen, das recycelt wird. Brennstoff, der einen Bruchteil eines Gramms Tritium enthält, wird 3 bis 14 Mal pro Tag in den Tokamak injiziert. Jede dieser Injektionen stellt ein separates Experiment mit leicht unterschiedlichen Parametern dar, und von jeder erhalten die Wissenschaftler 3 bis 10 Sekunden nützlicher Daten. Auf diese Weise wollen wir unser aktuelles Wissen verifizieren und für weitere Arbeiten nutzen, sagt Mailloux. Bei einigen Experimenten wird nur Tritium verwendet, bei anderen werden Tritium und Deuterium zu gleichen Anteilen eingesetzt.

Mit beiden Arten von Experimenten wollen die Forscher verstehen, wie sich eine höhere Masse an Tritium auf das Verhalten des Plasmas auswirkt. Dieses Element hat zwei Neutronen im Kern, während Deuterium hat eine, und Wasserstoff – keine. Diese Forschung wird helfen, vorherzusagen, was in Zukunft im ITER passieren wird. Das liegt daran, dass die Masse der Isotope das Magnetfeld oder die Temperatur des Plasmas beeinflusst. "Wir müssen untersuchen, was dort passiert und warum es passiert", erklärt Anna White, eine Plasmaphysikerin am MIT.

Ein weiterer wichtiger Unterschied zu den letzten Tritiumexperimenten im Jahr 1997 ist, dass der Innenraum von JET nun mit den gleichen Abschirmungsmaterialien ausgekleidet ist wie der Innenraum von ITER. Da diese Materialien Energie an das Plasma abgeben und es abkühlen können, ist es entscheidend zu verstehen, wie sie die Fusion beeinflussen. Und vergessen Sie nicht einen weiteren sehr wichtigen Faktor. Menschen. Die letzten Experimente mit Tritium wurden vor 24 Jahren durchgeführt. Die neue Generation von Physikern hat absolut keine Erfahrung mit diesem Element. Jetzt haben sie die Möglichkeit, von erfahreneren Kollegen zu lernen.