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Kernfusion: Europäisches Gemeinschaftsexperiment erzielt Energierekord
Am Joint European Torus (JET) in Großbritannien gelang es einem europäischen Forschungsteam, 69 Megajoule Energie aus 0,2 Milligramm Brennstoff zu erzeugen. Es handelt sich um die größte Energiemenge, die je in einem Fusionsexperiment erreicht wurde. Fusionskraftwerke sollen nach dem Vorbild der Sonne leichte Atomkerne verschmelzen, um damit aus sehr geringen Brennstoffmengen gewaltige Energiemengen für die Menschheit nutzbar zu machen. Das europäische Forschungskonsortium EUROfusion verfolgt dabei das Konzept Magnetfusion, das unter Experten als das am weitesten fortgeschrittene gilt. Mit den Großexperimenten ASDEX Upgrade und Wendelstein 7-X treibt das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) die Forschung dafür in Deutschland voran. Für Experimente mit dem Brennstoff späterer Kraftwerke (Deuterium und Tritium) betrieben Europas Wissenschaftlerinnen…
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Neue Entdeckung zeigt Weg zu kompakteren Fusionskraftwerken auf
Ein magnetischer Käfig hält die mehr als 100 Millionen Grad Celsius heißen Plasmen in Kernfusionsanlagen auf Abstand zur Gefäßwand, damit diese nicht schmilzt. Jetzt haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) ein Verfahren gefunden, den Abstand deutlich zu verringern. Das könnte den Bau kleinerer und günstigerer Fusionsreaktoren zur Energieerzeugung ermöglichen. Die Arbeit wurde im Journal „Physical Review Letters“ veröffentlicht. Der am weitesten fortgeschrittene Weg zur Energiegewinnung in einem Fusionskraftwerk führt über den internationalen Experimentalreaktor ITER, der gerade in Südfrankreich gebaut wird. Die Anlage verfolgt das Tokamak-Prinzip – das heißt, ein mehr als 100 Millionen Grad heißes Fusionsplasma wird in ein magnetisches Feld eingeschlossen, das die Form eines Donuts hat. Dieses…
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Wendelstein 7-X erreicht Meilenstein: Leistungsplasma mit Gigajoule-Energieumsatz über acht Minuten erzeugt
Nach erfolgreicher Wiederinbetriebnahme im Herbst 2022 übertrifft das Greifswalder Kernfusionsexperiment eine wichtige Zielmarke. 2023 sollte ein Energieumsatz von 1 Gigajoule erreicht werden. Jetzt schafften die Forschenden sogar 1,3 Gigajoule – und einen neuen Bestwert für die Entladungszeit bei Wendelstein 7-X: Das heiße Plasma konnte acht Minuten lang aufrechterhalten werden. Bei den dreijährigen Umbauarbeiten, die im vergangenen Sommer endeten, wurde Wendelstein 7-X vor allem mit einer Wasserkühlung der Wandelemente und mit einem erweiterten Heizsystem ausgestattet. Letzteres kann nun doppelt so viel Leistung in das Plasma einkoppeln wie vorher. Seitdem lässt sich das Kernfusionsexperiment in neuen Parameterbereichen betreiben. „Wir tasten uns jetzt an immer höhere Energiewerte heran“, erklärt Prof. Dr. Thomas Klinger,…
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Kernfusions-Simulation wird Vorreiter beim Übergang zu Exascale-Supercomputern
Die EU-Kommission gewährt 2,14 Millionen Euro Fördergeld, um den am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) entwickelten Simulationscode GENE auf eine neue Stufe zu heben: Durch den Einsatz von Exascale-Supercomputern soll er künftig digitale Zwillinge von Kernfusionsexperimenten wie ITER ermöglichen. An dem Projekt werden das IPP, die Max Planck Computing and Data Facility (MPCDF) und die Technische Universität München gemeinsam arbeiten. Die Plasmaphysik ist seit den 1960er Jahren einer der wichtigsten Treiber für die Weiterentwicklung von Höchstleistungsrechnern. Das liegt daran, dass Plasmen hochkomplexe Gebilde sind, die sich nicht mit einfachen physikalischen Modellen erfassen lassen. Fast das gesamte Weltall besteht aus solchen Plasmen – extrem dynamischen Gemischen aus vorwiegend geladenen Teilchen (Ionen und…
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Diese Entdeckung hat ITER erst möglich gemacht
Vor 40 Jahren fanden Physiker am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik einen neuen Plasmazustand, der sich besonders gut für die Energiegewinnung eignen könnte: die H-Mode. Am 8. November 1982 erschien der zugehörige Fachartikel, der der Fusionsforschung weltweit Auftrieb gab. Bis heute gehört die Untersuchung der H-Mode zu ihren wichtigsten Arbeitsgebieten. Der Durchbruch kam an einem Donnerstag, an dem – wie oft davor – Plasmen mit Neutralteilchenheizung bei hohen Temperaturen untersucht werden sollten. Diese Plasmen waren von einer hartnäckigen Gleichförmigkeit. „Doch mitten in der Serie änderten sich schlagartig die wichtigen Plasmaparameter. Alle Wissenschaftler im Kontrollraum von ASDEX merkten, dass etwas Außergewöhnliches passiert war“, erinnert sich Prof. Dr. Friedrich Wagner, der damals für…
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Neue Lösung für eines der großen Probleme der Fusionsforschung
Plasma-Instabilitäten vom Typ-I ELM können die Wände von Fusionsanlagen zum Schmelzen bringen. Ein Team um Forschende des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) und der Technischen Universität Wien fand einen Weg, sie in den Griff zu bekommen – und veröffentlichte die Arbeit im renommierten Fachjournal „Physical Review Letters“. Kernfusionskraftwerke könnten unsere Energieprobleme eines Tages nachhaltig lösen. Deshalb wird weltweit an dieser Methode der Energiegewinnung geforscht, die Prozesse auf der Sonne nachahmt. Damit das Prinzip auch auf der Erde funktioniert, müssen Plasmen in Reaktoren auf mindestens 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Magnetfelder schließen das Plasma ein, sodass die Wand des Reaktors nicht schmilzt. Das funktioniert nur, weil die äußersten Zentimeter im magnetisch…
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Wendelstein 7-X vor neuen Höchstleistungen
Verdoppelte Heizleistung, 40 neue Diagnostiken und 6,8 Kilometer Kühlrohre: Der Greifswalder Stellarator hat seine volle Ausbaustufe erreicht und beginnt in diesem Herbst wieder mit wissenschaftlichen Experimenten. Die deutlich verbesserte Ausstattung der Fusionsanlage soll in wenigen Jahren einen Plasmabetrieb von bis zu 30 Minuten ermöglichen. Drei Jahre lang hatten bei Wendelstein 7-X vor allem Ingenieure und Techniker das Sagen. Es ging darum, das Kernfusionsexperiment des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) am Standort Greifswald auf seine volle Ausbaustufe zu heben. Wichtigstes neues Element des verbesserten Stellarators ist ein wassergekühlter Divertor (High-Heat-Flux-Divertor). Divertoren sind wichtige Bauteile in Fusionsanlagen, weil sie die vom Plasma getragene Energiemengen und Teilchen abführen und somit deren ungünstigen Kontakt mit…
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Fusionsanlage JET stellt neuen Energie-Weltrekord auf
Auf dem Weg zur Energieerzeugung durch Fusionsplasmen haben europäische Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen einen wichtigen Erfolg erzielt: In der weltgrößten Fusionsanlage JET im britischen Culham bei Oxford erzeugten sie stabile Plasmen mit 59 Megajoule Energieausbeute. Das Team, zu dem auch Forschende des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) gehören, nutzte dabei den Brennstoff künftiger Fusionskraftwerke. Es waren weltweit die ersten Experimente dieser Art seit mehr als 20 Jahren. Fusionskraftwerke sollen nach dem Vorbild der Sonne die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium verschmelzen und dabei große Energiemengen freisetzen. Die einzige Anlage weltweit, die derzeit mit einem solchen Brennstoff arbeiten kann, ist das europäische Gemeinschaftsprojekt JET, der Joint European Torus im britischen Culham bei Oxford. Die…
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Digitale Zwillinge für Fusionsplasmen
Eine aktuelle Veröffentlichung aus dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) zur theoretischen Vorhersage einer neuartigen Transportbarriere im Plasma und ihrer anschließenden experimentellen Bestätigung (Physical Review Letters) zeigt beispielhaft, wie dramatisch die Leistungsfähigkeit von Plasma-Simulationen und -Modellierungen in den letzten Jahren gewachsen ist. Ein europaweites Projekt zu Plasmatheorie und Simulation soll diese Entwicklung verstärken. Ziel sind virtuelle Plasma-Modelle als digitale Zwillinge wirklicher Plasmen. Eine neuartige Transportbarriere in Fusionsplasmen, die den magnetischen Einschluss des Plasmas verbessert, hatte ein Theoretiker-Team des IPP mit Hilfe modernster Simulationen vorhergesagt. Hervorgerufen durch schnelle Plasma-Teilchen, sollte die Barriere Turbulenzen im Plasma lokal stark unterdrücken können. Ein nach entsprechenden Vorgaben geplantes Experiment in der Garchinger Fusionsanlage ASDEX Upgrade konnte diese theoretische Prognose anschließend bestätigen: Schnelle Teilchen, die durch die zielgenau eingesetzte Heizung des Plasmas mit Radiowellen…
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Vielversprechende Computersimulationen für Stellarator-Plasmen
Zur theoretischen Beschreibung der Turbulenz im Plasma von Fusionsanlagen des Typs Tokamak hat sich der im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching entwickelte Turbulenzcode GENE (Gyrokinetic Electromagnetic Numerical Experiment) bestens bewährt. Für die komplexere Geometrie der Anlagen vom Typ Stellarator erweitert, weisen die Computersimulationen mit GENE jetzt auf eine neue Methode hin, die Plasma-Turbulenz in Stellarator-Plasmen zu reduzieren. Dies könnte die Effizienz eines künftigen Fusionskraftwerks deutlich erhöhen. Für die Fusionsforscher des IPP, die ein Kraftwerk nach dem Vorbild der Sonne entwickeln wollen, ist die Wirbelbildung in ihrem Brennstoff – einem Wasserstoffplasma – ein zentrales Forschungsthema. Die kleinen Wirbel bringen Teilchen und Wärme aus dem heißen Plasmazentrum nach außen und senken so die Wärmeisolation des magnetisch eingeschlossenen Plasmas. Weil von ihr jedoch die Größe und damit auch der…
