Fortschritte in der Plasmaphysik

Bis der Internationale Thermonukleare Experimentalreaktor (Iter) in Betrieb genommen werden kann, müssen noch Lösungen für verschiedene Knackpunkte gefunden werden. Einer davon betrifft den Einschluss des Plasmas. Denn komplexe Wechselwirkungen zwischen den geladenen Plasmateilchen und dem einschliessenden Magnetfeld führen zu unterschiedlichsten Störungen des Plasmaeinschlusses. Darunter fallen sogenannte Edge Localized Modes (ELM), Instabilitäten, bei denen das Randplasma kurzzeitig seinen Einschluss verliert und periodisch Plasmateilchen und -energie gebündelt und schlagartig nach aussen auf die Gefässwand wirft.

Bereits früher haben am PPPL-Forschungsreaktor DIII-D in San Diego durchgeführte Untersuchungen gezeigt, dass solche Ausbrüche mit Kleinstmagnetfeldern am Plasmarand unterdrückt werden können. Anstatt seinen Energieinhalt schlagartig auszuschleudern, würde der Plasmarand dank dieser Magnetfelder die Wärmeenergie weniger abrupt abgeben. Bis jetzt haben die Wissenschafter aber nicht verstanden, wie sich die Kleinstmagnetfelder auf das Plasma auswirken.

Carlos Paz-Soldan, Forscher bei der General Atomics, stellte mit einem Institut übergreifenden Team fest, dass diese Felder Reaktionen auslösen können. So kräuseln sie das Magnetfeld am Plasmarand. Dadurch wird zwar die Wärmeabgabe begünstigt, aber gerade im richtigen Mass, um schlagartige Entladungen zu unterdrücken. Mit der Frage, warum da so ist, befasste sich das Forscherteam um Raffi Nazikian, Leiter am DIII-D-Reaktor. Am Plasmarand gemessene magnetische Deformationen weisen demnach darauf hin, dass die Kleinstmagnetfelder sanft und in einem begrenzten Bereich wirken, was im Einklang mit der Theorie zur Unterdrückung von ELM steht.

Für die General Atomics sprechen die neuen Resultate für die Fortführung von Untersuchungen an Magnetfeldmodifikationen, um ELM noch gezielter kontrollieren zu können.