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Koreanische künstliche Sonne stellt neuen Weltrekord von 20 Sekunden Betriebsdauer bei 100 Millionen Grad auf
National Research Council of Science & Technology

Koreanische künstliche Sonne stellt neuen Weltrekord von 20 Sekunden Betriebsdauer bei 100 Millionen Grad auf

Der Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), ein supraleitendes Fusionsgerät, das auch als koreanische künstliche Sonne bekannt ist, hat einen neuen Weltrekord aufgestellt, da es gelungen ist, das Hochtemperaturplasma 20 Sekunden lang mit einer Ionentemperatur von über 100 Millionen Grad (Celsius) zu halten.

Am 24. November (Dienstag) gab das KSTAR-Forschungszentrum am Korea Institute of Fusion Energy (KFE) bekannt, dass es in einer gemeinsamen Forschungsarbeit mit der Seoul National University (SNU) und der Columbia University der Vereinigten Staaten gelungen ist, das Plasma 20 Sekunden lang mit einer Ionen-Temperatur von über 100 Millionen Grad aufrechtzuerhalten, was eine der Kernbedingungen der Kernfusion in der KSTAR-Plasma-Kampagne 2020 ist.

Es ist eine Leistung, die 8-Sekunden-Plasma-Betriebszeit während der KSTAR-Plasma-Kampagne 2019 um mehr als das Zweifache zu verlängern. Im Experiment 2018 erreichte KSTAR zum ersten Mal die Plasmaionentemperatur von 100 Millionen Grad (Verweilzeit: ca. 1,5 Sekunden).

Um Fusionsreaktionen, die in der Sonne ablaufen, auf der Erde nachzubilden, müssen Wasserstoffisotope in ein Fusionsgerät wie KSTAR eingebracht werden, um einen Plasmazustand zu erzeugen, in dem Ionen und Elektronen getrennt werden, und die Ionen müssen aufgeheizt und bei hohen Temperaturen gehalten werden.

Bisher gab es andere Fusionsgeräte, die kurzzeitig ein Plasma mit Temperaturen von 100 Millionen Grad oder mehr geschafft haben. Keiner von ihnen hat die Grenze überschritten, den Betrieb für 10 Sekunden oder länger aufrechtzuerhalten. Das ist die Betriebsgrenze von normalleitenden Geräten und es war schwierig, einen stabilen Plasmazustand im Fusionsgerät bei solch hohen Temperaturen für eine lange Zeit aufrecht zu erhalten.

In seinem 2020-Experiment verbesserte das KSTAR die Leistung des Internal Transport Barrier (ITB)-Modus, einer der Plasma-Betriebsarten der nächsten Generation, die im letzten Jahr entwickelt wurde, und schaffte es, den Plasmazustand über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten und die bestehenden Grenzen des Ultrahochtemperatur-Plasmabetriebs zu überwinden.

Direktor Si-Woo Yoon vom KSTAR-Forschungszentrum am KFE erklärte: „Die Technologien, die für einen langen Betrieb des 100-Millionen-Plasmas erforderlich sind, sind der Schlüssel zur Realisierung der Fusionsenergie, und der Erfolg des KSTAR bei der Aufrechterhaltung des Hochtemperaturplasmas für 20 Sekunden wird ein wichtiger Wendepunkt im Rennen um die Sicherung der Technologien für den langen Hochleistungsplasma-Betrieb sein, eine kritische Komponente eines zukünftigen kommerziellen Kernfusionsreaktors.“

„Der Erfolg des KSTAR-Experiments im langen Hochtemperaturbetrieb durch die Überwindung einiger Nachteile der ITB-Modi bringt uns der Entwicklung von Technologien zur Realisierung der Kernfusionsenergie einen Schritt näher“, fügte Yong-Su Na, Professor an der Abteilung für Nukleartechnik, SNU, hinzu, der die Forschung zum KSTAR-Plasmabetrieb mitbetreut hat.

Dr. Young-Seok Park von der Columbia University, der an der Erzeugung des Hochtemperaturplasmas beteiligt war, sagte: „Wir fühlen uns geehrt, an einer so wichtigen Errungenschaft in KSTAR beteiligt zu sein. Die 100 Millionen Grad Ionentemperatur, die durch die Ermöglichung einer effizienten Kernplasmaheizung für eine so lange Dauer erreicht wurde, demonstriert die einzigartige Fähigkeit des supraleitenden KSTAR-Geräts und wird als überzeugende Grundlage für Hochleistungs-Fusionsplasmen im stationären Zustand anerkannt werden.“

Das KSTAR hat den Betrieb des Geräts im vergangenen August aufgenommen und plant, das Experiment zur Plasmaerzeugung bis zum 10. Dezember fortzusetzen und insgesamt 110 Plasmaexperimente durchzuführen, darunter Experimente zum Betrieb von Hochleistungsplasmen und zur Abschwächung von Plasmastörungen, die in Zusammenarbeit mit in- und ausländischen Forschungsorganisationen durchgeführt werden.

Zusätzlich zu den Erfolgen im Hochtemperatur-Plasmabetrieb führt das KSTAR-Forschungszentrum während der verbleibenden Zeit des Experiments Experimente zu einer Vielzahl von Themen durch, darunter auch ITER-Forschungen, die komplexe Probleme in der Fusionsforschung lösen sollen.

Das KSTAR wird die wichtigsten Ergebnisse seiner Experimente im Jahr 2020, einschließlich dieses Erfolges, mit Fusionsforschern auf der ganzen Welt auf der IAEA Fusion Energy Conference im Mai teilen.

Das endgültige Ziel des KSTAR ist es, bis 2025 einen Dauerbetrieb von 300 Sekunden mit einer Ionentemperatur von mehr als 100 Millionen Grad zu erreichen.

Der Präsident des KFE, Suk Jae Yoo, erklärte: „Ich freue mich sehr, den Neustart des KFE als unabhängige Forschungsorganisation Koreas bekannt zu geben. Das KFE wird seine Tradition fortsetzen, herausfordernde Forschungen zu betreiben, um das Ziel der Menschheit zu erreichen: die Realisierung der Kernfusionsenergie“, fuhr er fort.

Ab dem 20. November 2020 wurde das KFE, ehemals das National Fusion Research Institute, eine Schwesterorganisation des Korea Basic Science Institute, als unabhängige Forschungsorganisation neu gestartet.