Obwohl der Hauptautor Yurii Victorovich Kovtun gezwungen war, das Kharkiv Institute of Physics and Technology inmitten des aktuellen Russland-Ukraine-Krieges zu evakuieren, hat er weiterhin mit der Universität Kyoto zusammengearbeitet, um mithilfe von Mikrowellen stabile Plasmen zu erzeugen.
Plasma genau richtig zu machen, ist eine der Hürden, um die enormen Energiemengen nutzbar zu machen, die die Kernfusion verspricht.
Plasmen – Suppen aus Ionen und Elektronen – müssen auf der richtigen Dichte, Temperatur und Dauer gehalten werden, damit Atomkerne miteinander verschmelzen können, um die gewünschte Energiefreisetzung zu erreichen.
Ein Rezept beinhaltet die Verwendung großer, donutförmiger Geräte mit starken Magneten, die ein Plasma enthalten, während sorgfältig ausgerichtete Mikrowellengeneratoren die Atommischung erhitzen.
Jetzt haben das Institute of Advanced Energy der Universität Kyoto zusammen mit dem Charkiw-Institut und dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik zusammengearbeitet, um Plasmen mit fusionstauglichen Dichten unter Verwendung von Mikrowellenenergie mit niedriger Frequenz zu erzeugen.
Das Forschungsteam hat drei wichtige Schritte in der Plasmaerzeugung identifiziert: blitzartiger Gasabbau, vorläufige Plasmaerzeugung und stationäres Plasma. Die Studie wird mit Heliotron J durchgeführt, der neuesten Generation von experimentellen Fusionsplasmageräten am Institute of Advanced Energy, das sich auf dem Uji-Campus der KyotoU im Süden von Kyoto befindet.
„Anfangs hatten wir diese Phänomene bei Heliotron J nicht erwartet, waren aber überrascht, dass sich Plasmen ohne Zyklotronresonanz bildeten“, erklärt Gruppenleiter Kazunobu Nagasaki.
Aufbauend auf jahrzehntelanger Erfahrung erforscht Nagasakis Team die Fusionsplasmaentladungen in Heliotron J.
Das Team injizierte intensive Stöße von 2,45-GHz-Mikrowellenleistung in ein Speisegas. Mikrowellenöfen im Haushalt arbeiten mit derselben Frequenz, aber Heliotron J ist etwa 10-mal stärker und konzentriert sich auf wenige Gasatome.
„Unerwarteterweise fanden wir heraus, dass das Strahlen der Mikrowellen ohne Ausrichtung des Magnetfelds von Heliotron J eine Entladung erzeugte, die Elektronen aus ihren Atomen riss und ein besonders dichtes Plasma erzeugte“, wundert sich Nagasaki.
„Wir sind sehr dankbar, dass unser Kollege die Studie trotz des Krieges in der Ukraine weiter unterstützen konnte. Unsere Erkenntnisse über diese Methode zur Erzeugung von Plasmen mittels Mikrowellenentladung können die Fusionsforschung in Zukunft vereinfachen.“
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Probleme der Atomwissenschaft und -technologie.
Mehr Informationen:
Yu.V. Kovtun et al., Nicht-resonantes Mikrowellenentladungsstarten in Heliotron J, Probleme der Atomwissenschaft und -technologie (2023). DOI: 10.46813/2023-143-003