Chinesische Wissenschaftler haben nach eigenen Angaben am Fusionsreaktor EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), auch „künstliche Sonne“ genannt, erstmals ein theoretisch vorhergesagtes Betriebsregime erreicht, in dem die übliche Dichtegrenze nicht mehr gilt: Sie erzielten eine Plasmadichte, die 30 bis 65 Prozent über dem sogenannten Greenwald-Limit liegt – ohne, dass das Plasma instabil wurde. Damit gelang nach Darstellung des Teams der erste experimentelle Nachweis des „dichtefreien Regimes“, wie die Forscher in der Fachzeitschrift Science Advances berichten.

Warum Dichte für die Fusion entscheidend ist

Bei der Kernfusion werden leichte Atomkerne – typischerweise die Wasserstoffvarianten Deuterium und Tritium – zu schwereren Heliumkernen verschmolzen. Dieser Prozess setzt enorme Energie frei und treibt auch unsere Sonne an. Damit die Reaktion auf der Erde in einem Reaktor funktioniert, muss das Plasma drei Bedingungen erfüllen: extrem hohe Temperaturen von über 100 Millionen Grad, eine ausreichend lange Einschlusszeit und eine möglichst hohe Dichte. Je mehr Teilchen auf engem Raum zusammenkommen, desto häufiger kollidieren und verschmelzen sie – und desto mehr Energie wird freigesetzt. Tatsächlich skaliert die Fusionsleistung mit dem Quadrat der Brennstoffdichte.

Empfohlener redaktioneller Inhalt

Mit Ihrer Zustimmung wird hier ein externes YouTube-Video (Google Ireland Limited) geladen.

YouTube-Video immer laden

Ich bin damit einverstanden, dass mir externe Inhalte angezeigt werden. Damit können personenbezogene Daten an Drittplattformen (Google Ireland Limited) übermittelt werden. Mehr dazu in unserer Datenschutzerklärung.

Die Greenwald-Grenze als Hindernis

In Tokamaks – ringförmigen Reaktoren, die das Plasma mit starken Magnetfeldern einschließen – gilt eine empirische Obergrenze für die erreichbare Plasmadichte. Diese nach dem US-Physiker Martin Greenwald benannte Grenze beschreibt den Punkt, ab dem das Plasma instabil wird und zusammenbricht. Solche „Disruptions“ können den Reaktor beschädigen und müssen vermieden werden. Der übliche Betriebsbereich am EAST liegt nach Angaben der Forscher bei 0,8 bis 1,0 der Greenwald-Dichte.

Zwar wurde die Greenwald-Grenze bereits in früheren Experimenten überschritten – etwa an den Tokamaks ASDEX Upgrade und DIII-D, wo mit Pellet-Injektion Dichten bis etwa 1,5-fach über dem Limit erreicht wurden. Das Neue an den EAST-Experimenten ist jedoch die Methode und der theoretische Rahmen.

Vergleich mit früheren Experimenten

Im Mai 2024 hatte ein Team am US-amerikanischen DIII-D-Tokamak die Greenwald-Grenze um 20 Prozent überschritten – allerdings nur für 2,2 Sekunden. Die chinesischen Experimente am EAST erreichten laut den veröffentlichten Daten Plasmaentladungen von etwa 6 bis 7 Sekunden Dauer – also rund dreimal so lange. Zudem übertraf die erreichte Dichte mit bis zu 65 Prozent über dem Greenwald-Limit den Wert der US-Experimente deutlich.