Tokamak

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Mit Tokamak wird ein Typ von Fusionsreaktor bezeichnet. Das Wort ist eine Transliteration des russischen Wortes токамак, das eine Abkürzung für „тороидальная камера в магнитных катушках“ /'tɔraidalʲnaia kamʲɛra v magnitnɨx katuʃkax/ ist. Das bedeutet wörtlich übersetzt toroidale Kammer in Magnetspulen. Auch bedeutet der erste Teil der Abkürzung ток im Russischen Strom - ein entscheidendes Charakteristikum eines Tokamaks, das seine Funktionsweise beschreibt.

Schematische Darstellung von ITER. Links unten ist eine Person zum Größenvergleich abgebildet.

Tokamak-Felder

[Bearbeiten] Allgemein

In solch einem Fusionsreaktor wird ein heißes Plasma aus Wasserstoff oder seiner Isotope bei etwa 100 Millionen Kelvin durch ein Magnetfeld in toroidaler Form gehalten, ohne dass das Plasma die Reaktorwände berührt. Das verhindert Abkühlung und Verunreinigung des Plasmas sowie Materialschäden an den Wänden. Im Fusionsreaktor tritt ab einer bestimmten Temperatur und Teilchendichte eine kontrollierte Kernfusion auf. Um die zum Einschluss nötige Verdrillung der Magnetfeldlinien zu erreichen, wird im Plasma durch einen großen Transformator ein Plasmastrom induziert. Dieser stellt gleichzeitig eine ohmsche Heizung für das Plasma dar. Da man nicht ständig den Stromfluss in den Magnetspulen steigern kann, muss dieser von Zeit zu Zeit abgeschaltet werden. Hierdurch geht der Plasmaeinschluss verloren und die Kernfusion kommt zum erliegen. Weitere Heizmethoden sind der Einschuss von neutralen Teilchen (Neutralteilcheninjektion) und das Einstrahlen elektromagnetischer Strahlung auf der Resonanzfrequenz der Elektronen (ECRH) bzw. der Ionen (ICRH)

[Bearbeiten] Geschichte

Das Tokamak-Prinzip wurde von den sowjetischen Physikern Andrei Sacharow und Igor Jewgenjewitsch Tamm im Jahr 1952 erfunden. Noch im selben Jahrzehnt wurden die ersten Tokamak-Experimente in der Sowjetunion durchgeführt.^[1]

[Bearbeiten] Andere Reaktorkonzepte

Eine alternative Form eines Fusionsreaktors ist der Stellarator, bei dem der poloidale Anteil des einschließenden Magnetfeldes nicht durch den intrinsischen Plasmastrom, sondern durch externe gewundene Spulen erzeugt wird. Obwohl ein Stellarator im Gegensatz zum gepulsten Betrieb eines Tokamaks (Ein Tokamak basiert darauf, dass seine Magnetspulen im heißen Plasma einen elektrischen Strom induzieren; erst dadurch baut sich der Käfig für das Plasma vollständig auf.) beliebig lange Plasma-Entladungen erlauben würde, wird zur Zeit das Tokamak-Prinzip erfolgreicher erforscht, da die optimale Spulengeometrie eines Stellarators sehr kompliziert (vgl.Wendelstein_7-X) ist und erst in jüngerer Zeit dank leistungsfähiger Computerprogramme hinreichend genau konstruiert werden kann.

[Bearbeiten] Aktuelle Forschung

Mit Tokamaks konnte bereits vielfach eine Kernfusion erreicht werden, jedoch ist es bisher nicht gelungen, dadurch mehr Energie zu erzeugen, als eingesetzt wurde.

Der zur Zeit größte Tokamak ist der Joint European Torus in Culham (nahe Oxford), Großbritannien. Am 28. Juni 2005 wurde der Bau des Demonstrationsreaktors ITER im südfranzösischen Cadarache beschlossen.

In Deutschland wird zur Zeit an zwei großen Tokamaks geforscht: ASDEX Upgrade am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching bei München und TEXTOR am Forschungszentrum Jülich.