Joint European Torus

Kernfusion

Basiswissen

Der Joint European Torus, kurz auch JET genannt, war ein Versuchsreaktor zur Erzeugung einer Kernfusion, also ein Verschmelzung von Atomkernen. Ende 2023 gelang ihm mit 69 Megajoule ein damaliger Rekord an freigesetzter Energie.

Grundidee des Joint European Torus

Bei einer künstlich auf der Erde betriebenen Kernfusion, auch Kernverschmelzung genannt, soll die Gewinnung von Energie wie im Inneren der Sonne nachgestellt werden^[1]. Für eine Fusion von Atomkernen müssen die starken abstoßenden Coulombkräfte überwunden werden^[3]. Atomkerne sind immer elektrisch positiv geladen und stoßen sich bei mittleren bis großen Entfernungen voneinander sehr stark gegenseitig ab. Erst wenn sie sehr nahe beieinander sind, überwiegen die stark anziehenden Kernkräfte^[4]. Die Grundidee eines Fusionsreaktors ist es daher, die elektrisch positiven Atomkerne so schnell zu machen, dass ihre Bewegungsenergie (kinetische Energie) stark genug ist, um die starken elektrischen Abstoßungskräfte zu überwinden^[5]. Eine Art Teilchen schnell zu machen ist es, sie stark zu erhitzen^[6]. Mehr zur physikalischen Grundlage steht im Artikel zur Kernfusion ↗

Technische Daten des Joint European Torus

Das ringförmige Vakuumgefäß hat einen D-förmigen Querschnitt und 4,2 Meter Höhe ↗

Das ringförmige Vakuumgefäß hat einen D-förmigen Querschnitt und 2,5 Meter Breite ↗

Das ringförmige Vakuumgefäß hat rund 200 Kubikmeter inneres Torusvolumen ↗

Das im Torus magnetisch eingeschlossene Plasma hat einen großen Radius von 2,96 Meter ↗

Das im Torus magnetisch eingeschlossene Plasma hat einen mittleren kleinen Radius von 2,96 Meter ↗

Das im Torus magnetisch eingeschlossene Plasma hat rund 80 bis 100 Kubikmeter Volumen ↗

Das im Torus magnetisch eingeschlossene Plasma hat weniger als ein Zehntel Gramm Masse ↗

Der Eisenkern des umgebenden Elektromagneten hat rund 2800 Tonnen Masse ↗

Der Eisenkern des umgebenden Elektromagneten hat Ströme bis 5 Megaampere ↗

Die Stärke des Magnetfeldes im Torus liegt bei rund 4 Tesla ↗

Das Magnetfeld benötigt während eines Plasmapulses rund 250 Megawatt ↗

Plasmastrom und Temperaturerzeugen benötigen ebenfalls rund 250 Megawatt ↗

Die Plasmapulse dauern 20 bis 60 Sekunde[n] ↗

Im Jahr 2023 gelang ein Rekord^[2] an freigesetzter Energie mit 69 Megajoule ↗

Fußnoten

[1] In der Astrophysik spricht man vom sogenannten Wasserstoffbrennen. Im Inneren der Sonne herrscht ein Druck von rund 200 Milliarden bar, eine Temperaturn um die 15 Millionen Kelvin und eine Dichte von rund 150 Gramm pro Kubikzentimeter. Siehe auch Sonnenkern ↗

[2] "Breaking New Ground: JET Tokamak’s Latest Fusion Energy Record Shows Mastery of Fusion Processes. In a major scientific achievement, European researchers at the Joint European Torus (JET) facility have set a new world energy record of 69 megajoules released in sustained and controlled fusion energy." Die Pulsdauer bei diesem Rekord lag bei 6 Sekunden, die verwendete Menge an Deuterium-Tritium Brennstoff bei 0,21 Milligramm ("six seconds from only 0.21 milligrams of fuel"). Meldung der Eurofusion News. 8. Februar 2024. Online: https://euro-fusion.org/eurofusion-news/dte3record/

[3] Als Coulombkraft bezeichnet man die Kraft zwischen elektrisch positiven und elektrisch negativen Ladungen. Gleiche Ladungen stoßen sich immer ab, ungleiche Ladungen ziehen sich immer an. Da Atomkerne immer positiv geladen sind, wirkt die Coulombkraft hier also stark abstoßend. Siehe auch Coulombkraft ↗

[4] Man unterscheidet zwei Arten von Kernkräften, die schwache und die starke Wechselwirkung. Die Kernkräfte sind im Vergleich zur Coulombkraft auf kurze Entfernung sehr viel stärker. Sie verlieren aber ihre Stärke mit zunehmender Entfernung sehr viel schneller als die Coulombkraft. Die Grundidee der Kernfusion ist es also, Kerne so nahe aneinander zu bringen, dass die anziehenden Kernkräfte gegenüber der abstoßenden Coulombkraft überwiegen. Siehe auch Kernkräfte ↗

[5] Die Wirkung der Bewegungsenergie, auch kinetische Energie genannt, kann man sich gut am Beispiel von Magneten vorstellen: hat man zwei Magnete so in einer Röhre eingeschlossen, dass sie sich mit ihren beiden Nordpolen gegenüberliegen so stoßen sie sich sehr stark ab. Die Röhre soll dazu dienen, dass sich die Magneten nicht drehen können und dadurch ein Nordpol plötzlich einem Südpol gegenüber liegt, wodurch sich die Magneten von alleine anziehen würden. Wenn die Magneten sehr stark sind, bräuchte man sehr viel Kraft, um sie sehr nahe aneinander zu bringen. Schießt man aber die Magneten mit hoher Geschwindigkeit aufeinander zu, so können sie durch die "Wucht" ihrer Bewegung, ihres Impulses, einen großen Teil der abstoßenden Kräfte überwinden und sich stark annähern. Siehe auch Bewegungsenergie ↗

[6] Eine Methode, Teilchen eine hohe Bewegungsenergie mitzugeben ist es, sie zu erhitzen. Temperatur ist letztendlich nur eine hohe durchschnittliche kinetische Energie der beteiligten Teilchen. Bei Luft mit Raumtemperatur sind die Luftteilchen um die 300 Meter pro Sekunde schnell. Erhitzt man die Luft, werden die Teilchen im statistischen Durchschnitt schneller. Siehe auch Temperatur ↗