Gegenwärtig wird die kontrollierte thermonukleare Fusion sehr oft als Ersatz für klassische Kernkraftwerke und sogar fossile Brennstoffe vorhergesagt, jedoch wurde trotz einiger ernsthafter Erfolge in dieser Richtung noch kein einziger funktionierender Prototyp eines thermonuklearen Reaktors demonstriert. Der Bau des ersten internationalen thermonuklearen Reaktors ITER in Frankreich (an dem Projekt beteiligt sind die EU, Russland, China, Indien und die Republik Korea) befindet sich noch in einem frühen Projektstadium. Gleichzeitig arbeiten der amerikanische Konzern Lockheed Martin sowie ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) an der Entwicklung eines effizienten thermonuklearen Reaktors. Es waren MIT-Experten, die im August 2015 die Entwicklung eines neuen Projekts eines ziemlich kompakten Tokamaks bekannt gaben.
Tokamak steht für Toroid-Kammer mit Magnetspulen. Dies ist ein torusförmiges Gerät, das Plasma enthalten soll, um die Bedingungen zu erreichen, die für den Fluss der kontrollierten thermonuklearen Fusion erforderlich sind. Die Idee eines Tokamaks gehört sowjetischen Physikern. Der Vorschlag zur Nutzung der kontrollierten Kernfusion für industrielle Zwecke sowie ein spezifisches Schema zur thermischen Isolierung eines Hochtemperaturplasmas durch ein elektrisches Feld wurden erstmals von dem Physiker O. A. Lavrentyev in seiner Mitte 1950 verfassten Arbeit formuliert. Leider wurde diese Arbeit bis in die 1970er Jahre "vergessen". Der Begriff Tokamak wurde von IN Golovin, einem Schüler des Akademiemitglieds Kurchatov, geprägt. Es ist der Tokamak-Reaktor, der derzeit im Rahmen des internationalen wissenschaftlichen Projekts ITER entsteht.
Während die Arbeiten zum Bau des Fusionsreaktors ITER in Frankreich eher langsam voranschreiten, haben amerikanische Ingenieure vom Massachusetts Institute of Technology einen Vorschlag für ein neues Design für einen kompakten Fusionsreaktor vorgelegt. Solche Reaktoren könnten in nur 10 Jahren kommerziell in Betrieb genommen werden. Gleichzeitig ist die thermonukleare Energie mit ihren enormen erzeugten Kapazitäten und dem unerschöpflichen Wasserstoffbrennstoff jahrzehntelang nur ein Traum und eine Reihe teurer Laborexperimente und Experimente geblieben. Im Laufe der Jahre machten Physiker sogar einen Witz: "Die praktische Anwendung der Kernfusion wird in 30 Jahren beginnen, und dieser Zeitraum wird sich nie ändern." Trotzdem geht das Massachusetts Institute of Technology davon aus, dass der lang erwartete Durchbruch in der Energiebranche in nur 10 Jahren erfolgen wird.
Das Vertrauen der MIT-Ingenieure beruht auf der Verwendung neuer supraleitender Materialien, um einen Magneten zu schaffen, der deutlich kleiner und leistungsfähiger zu sein verspricht als die verfügbaren supraleitenden Magnete. Laut Professor Dennis White, Direktor des MIT Plasma and Fusion Center, wird der Einsatz neuer kommerziell erhältlicher supraleitender Materialien auf Basis von Seltenerd-Barium-Kupfer-Oxid (REBCO) es Wissenschaftlern ermöglichen, kompakte und sehr leistungsstarke Magnete zu entwickeln. Wissenschaftlern zufolge wird dies eine höhere Leistung und Dichte des Magnetfelds ermöglichen, was insbesondere für den Plasmaeinschluss wichtig ist. Dank neuer supraleitender Materialien wird der Reaktor nach Angaben amerikanischer Forscher deutlich kompakter als bestehende Projekte, insbesondere der bereits erwähnte ITER. Nach vorläufigen Schätzungen wird der neue Fusionsreaktor bei gleicher Leistung wie ITER den halben Durchmesser haben. Aus diesem Grund wird seine Konstruktion billiger und einfacher.
Ein weiteres wichtiges Merkmal des neuen Projekts eines thermonuklearen Reaktors ist die Verwendung von Flüssigkeitsdecken, die die traditionellen Festkörper ersetzen sollen, die das wichtigste "Verbrauchsmaterial" in allen modernen Tokamaks sind, da sie den Hauptneutronenfluss aufnehmen und umwandeln es in Wärmeenergie um. Es wird berichtet, dass die Flüssigkeit viel einfacher zu ersetzen ist als Berylliumkassetten in Kupfergehäusen, die ziemlich massiv sind und etwa 5 Tonnen wiegen. Es sind die Berylliumkassetten, die beim Design des internationalen experimentellen thermonuklearen Reaktors ITER verwendet werden. Brandon Sorbom, einer der führenden Forscher am MIT, der an dem Projekt arbeitet, spricht von der hohen Effizienz des neuen Reaktors im Bereich von 3 zu 1. Gleichzeitig ist nach seinen eigenen Worten die Konstruktion des Rektors in Zukunft optimiert werden, wodurch möglicherweise das Verhältnis von erzeugter Energie zu aufgewendeter Energie auf dem Niveau von 6 zu 1 erreicht werden kann.
Supraleitende Materialien auf Basis von REBCO werden ein stärkeres Magnetfeld bereitstellen, das die Kontrolle des Plasmas erleichtert: Je stärker das Feld, desto kleiner das Volumen des Kerns und des Plasmas können verwendet werden. Das Ergebnis wird sein, dass ein kleiner Fusionsreaktor die gleiche Energiemenge produzieren kann wie ein moderner großer. Gleichzeitig wird es einfacher, eine kompakte Einheit zu bauen und dann zu betreiben.
Es versteht sich, dass die Effizienz eines thermonuklearen Reaktors direkt von der Leistung supraleitender Magnete abhängt. Die neuen Magnete können auch an der bestehenden Struktur von Tokamaks verwendet werden, die einen donutförmigen Kern haben. Darüber hinaus sind eine Reihe weiterer Neuerungen möglich. Es ist erwähnenswert, dass der große experimentelle Tokamak ITER, der derzeit in Frankreich in der Nähe von Marseille gebaut wird, im Wert von etwa 40 Milliarden Dollar den Fortschritt auf dem Gebiet der Supraleiter nicht berücksichtigt hat, sonst hätte dieser Reaktor halb so groß sein können Kosten die Macher viel billiger und wären schneller gebaut worden. Es besteht jedoch die Möglichkeit, neue Magnete auf dem ITER zu installieren, und dies wird seine Leistung in Zukunft erheblich steigern können.
Die Stärke des Magnetfelds spielt eine Schlüsselrolle bei der kontrollierten thermonuklearen Fusion. Eine 16-fache Verdoppelung dieser Kraft auf einmal erhöht die Kraft der Fusionsreaktion. Leider sind die neuen REBCO-Supraleiter nicht in der Lage, die Stärke des Magnetfelds zu verdoppeln, aber dennoch die Leistung der Fusionsreaktion um das Zehnfache zu steigern, was ebenfalls ein hervorragendes Ergebnis ist. Laut Professor Dennis White kann innerhalb von etwa 5 Jahren ein thermonuklearer Reaktor gebaut werden, der etwa 100.000 Menschen mit elektrischer Energie versorgen kann. Es ist jetzt kaum zu glauben, aber ein epochaler Durchbruch im Energiebereich, der den globalen Erwärmungsprozess stoppen kann, kann praktisch heute relativ schnell erfolgen. Gleichzeitig ist das MIT zuversichtlich, dass dieses Mal 10 Jahre kein Witz sind, sondern ein echtes Datum für das Erscheinen der ersten einsatzfähigen Tokamaks.
