- US-amerikanische und deutsche Wissenschaftler starten ein 13,3 Millionen Dollar umfassendes Kernfusions-Technologieprojekt.
- Die Forschung wird die Vorteile von Tokamak- und Stellarator-Designs kombinieren, um die Plasmastrabilität zu erhöhen.
- Das Zentrum wird Forschende aus dem privaten Sektor einbeziehen und die Zusammenarbeit fördern.
- Frühkarriere-Forschende können ein Jahr an Institutionen in Deutschland oder New York verbringen.
Forschende aus den USA und Deutschland starten ein Projekt im Wert von 1,330 Millionen Dollar, das darauf abzielt, die Kernfusions-Technologie zu verbessern und den Weg für zukünftige Kernfusionskraftwerke zu ebnen. Diese Zusammenarbeit bringt Wissenschaftler der Columbia University und des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Deutschland zusammen, um die Vorteile von Tokamak- und Stellarator-Designs zu erkunden und die Herausforderungen zu adressieren, die der kommerziellen Kernfusionsenergie im Wege stehen. Das virtuelle Forschungszentrum mit dem Namen „Max-Planck-Columbia Center: Optimierung der Symmetrie in Kernfusionsplasma“ ist eines von sieben Max-Planck-Zentren, die in diesem Jahr gegründet wurden.
Das Zentrum plant, im Jahr 2027 den Betrieb aufzunehmen und zunächst fünf Jahre lang zu arbeiten.
Vorteile der Kombination zweier Designs
Die Forschung wird sich darauf konzentrieren, die beiden unterschiedlichen Maschinentypen Tokamak und Stellarator zu kombinieren, um saubere Energie durch Kernfusion zu erreichen. Beide Designs nutzen starke Magnetfelder, um extrem heißes Plasma zu begrenzen und die Bedingungen für die Fusion von Wasserstoffisotopen zu schaffen. Sie verfolgen jedoch unterschiedliche Ansätze zur Plasmaeinschränkung. Tokamaks verlassen sich teilweise auf den Strom, der durch das Plasma fließt, um dessen Einschränkung zu unterstützen, während Stellaratoren komplexe externe Magnetspulenanordnungen verwenden, um ein dreidimensionales Magnetfeld zu erzeugen. Dies macht Stellaratoren in der Konstruktion und im Bau komplexer, könnte jedoch potenziell besser für den Dauerbetrieb geeignet sein.
Die Forschenden hoffen, die Vorteile beider Designs zu kombinieren, um die Plasmastrabilität zu erhöhen und praktikablere Kernfusionsreaktoren zu entwickeln.
Das Max-Planck-Columbia Center wird zwei führende Institutionen in der Plasmaphysik und der Kernfusionsforschung zusammenbringen. Der Direktor des IPP, Thomas Klinger, erklärte: „Unser Ziel ist es, die Vorteile von Tokamak und Stellarator zu kombinieren, um wichtige wissenschaftliche und technische Probleme auf dem Weg zu Kernfusionskraftwerken zu lösen. Für mich ist es besonders wichtig, dass Frühkarriere-Forschende internationale Erfahrungen an einer erstklassigen Universität sammeln und ein dauerhaftes wissenschaftliches Netzwerk in der frühen Phase ihrer Karriere aufbauen.“ Diese Zusammenarbeit ermöglicht es den Forschenden der Columbia University, Zugang zu zwei bedeutenden deutschen Kernfusionsanlagen zu erhalten: dem Wendelstein 7-X Stellarator in Greifswald und dem ASDEX Upgrade Tokamak in Garching.
Wissenschaftler werden direkt an Experimenten in diesen beiden Einrichtungen teilnehmen können, wodurch sie Ideen testen und die Ergebnisse der beiden Reaktordesigns vergleichen können.
Beteiligung des privaten Sektors
Die Forschung wird auch einige Herausforderungen angehen, wie das Management extremer Wärme, die Verhinderung von plötzlichen Plasma-Störungen und die Verbesserung von Supraleiter-Magneten für Kernfusionsanlagen. Das Zentrum wird auch Forschende aus dem privaten Sektor einbeziehen und Wissenschaftler von Commonwealth Fusion Systems, Proxima Fusion, Thea Energy und Type One Energy einladen, an Arbeitsgruppen teilzunehmen.
Frühkarriere-Forschende, einschließlich Doktoranden und Postdoktoranden, werden die Möglichkeit haben, ein Jahr an den Kooperationsinstitutionen in Deutschland oder New York zu verbringen. Dieses fünfjährige Projekt wird 7,5 Millionen Dollar aus den USA und 5 Millionen Euro vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik erhalten. Die Mittel werden die Ausgaben für Forschende, Projektkoordination, Workshops und internationale Austauschprogramme abdecken.
Das Zentrum wird von Thomas Klinger vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik und Carlos Paz-Soldan von der Columbia School of Engineering gemeinsam geleitet. Paz-Soldan sagte: „Durch die Zusammenarbeit werden wir in der Lage sein, einzigartige Möglichkeiten zur Entwicklung von Kernfusionsfachkräften zu bieten und die entscheidenden wissenschaftlichen Fragen auf dem Weg zur Kernfusionsenergie voranzutreiben.“
Bedeutung internationaler Zusammenarbeit in der Kernfusionsforschung
Dieses US-amerikanisch-deutsche Kooperationsprojekt repräsentiert den Internationalisierungstrend im Bereich der Kernfusionsforschung. Durch die Kombination der technologischen Stärken beider Länder können die Forschenden die Herausforderungen der kommerziellen Kernfusion effektiver angehen. Das Zentrum fördert nicht nur den Austausch in der akademischen Welt, sondern zieht auch die Beteiligung des privaten Sektors an, was für den Fortschritt der Kernfusionstechnologie entscheidend ist. Die internationalen Erfahrungen der Frühkarriere-Forschenden werden zudem dazu beitragen, zukünftige Fachkräfte im Bereich der Kernfusion auszubilden und den Fortschritt in diesem Bereich weiter voranzutreiben.