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Forscher haben im Tokamak Rekordtemperaturen erreicht

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Tokamaks sind Geräte zur Fusion mit magnetischem Einschluss. Bei diesen Reaktionen wird ein starkes Magnetfeld verwendet, um das heiße Fusionsbrennstoffplasma im Reaktorkern zu kontrollieren und einzudämmen. Das Plasma wird durch Neutralstrahlinjektion oder Hochfrequenzerwärmung auf hohe Temperaturen erhitzt. Das Hauptziel besteht darin, einen stabilen Plasmazustand aufrechtzuerhalten, in dem kontinuierlich Fusionsreaktionen ablaufen können und so eine unbegrenzte Energiequelle bereitgestellt wird.

Eine aktuelle Studie von Wissenschaftlern des Oakridge National Laboratory (ORNL), des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) und von Tokamak Energy Ltd markiert einen großen Durchbruch in der Fusionsenergieforschung. Das Team erreichte Temperaturen von fast 100 Millionen Grad Celsius, die für Fusionskraftwerke zur kommerziellen Energieerzeugung erforderlich sind.

Forscher haben im Tokamak Rekordtemperaturen erreicht

Darüber hinaus erreichten sie in einem kompakten Tokamak hohe Temperaturen, was noch niemand zuvor geschafft hatte!

In dieser Studie konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Verbesserung der Betriebsbedingungen eines sphärischen Hochfeld-Tokamaks (ST) namens ST40. Im Vergleich zu anderen thermonuklearen Geräten zeichnet sich das ST40-Gerät durch seine geringere Größe und sein kugelförmiges Plasma aus.

Das Team verwendete einen ähnlichen Ansatz wie in den 1990er Jahren beim TFTR-Tokamak, der mehr als 10 Millionen Watt Fusionsleistung erzeugte. Der ST40 arbeitete in einem toroidalen (donutförmigen) Magnetfeld mit einer Intensität knapp über 2 Tesla.

Um das Plasma zu erhitzen, nutzte das Team 1,8 Millionen Watt hochenergetischer Neutralteilchen. Obwohl die Plasmaentladung, also der Zeitraum, in dem thermonukleare Reaktionen aktiv abliefen, nur 0,15 Sekunden dauerte, erreichte die Temperatur der Ionen im Kern mehr als 100 Millionen Grad Celsius.

Zur Messung der Ionentemperaturen nutzte das Team den am PPPL entwickelten TRANSP-Transportcode. Dieser Code ist nützlich, da er die gemessenen Temperaturprofile von Verunreinigungen und Deuterium, dem Hauptbrennstoff, der in Fusionsreaktoren verwendet wird, berücksichtigt.

Forscher haben im Tokamak Rekordtemperaturen erreicht

Sie fanden heraus, dass der Temperaturbereich für Verunreinigungen 8,6 keV (etwa 100 Millionen Grad Celsius) übersteigt, während der Temperaturbereich für Deuterium nahe an diesem Wert liegt. Dieser Befund lässt darauf schließen, dass die im Experiment verwendete Heizmethode wirksam war, um die gewünschten hohen Temperaturen zu erreichen.

Die Ergebnisse stimmen optimistisch für die zukünftige Entwicklung thermonuklearer Kraftwerke auf Basis kompakter kugelförmiger Tokamaks mit hohem Feld. Diese Fortschritte könnten zu effizienteren und wirtschaftlicheren Lösungen im Bereich der Fusionsenergie führen und einen vielversprechenden Weg zu einer nachhaltigen und sauberen Energieerzeugung bieten.

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