2574406

Ultrakaltes Plasma für Forschung an Kernfusion und Sonnenwind

16.03.2021 | 09:49 Uhr | Peter Müller

Plasma muss nicht immer so heiß sein wie in der Korona der Sonne mit ihren fünf Millionen Grad. Je kälter der Aggregatzustand, umso leichter lässt er sich untersuchen. Forschenden in Houston ist ein Durchbruch gelungen.

Heute ist es auf den Tag genau 100 Jahre her, dass der Chemiker Fritz Winkler bei einem Experiment den vierten Aggregatzustand der Materie neben fest, flüssig und gasförmig entdeckte: Plasma.  In einem Plasma sind die Elektronen der äußeren Hüllen von den Atomen getrennt, es ergibt sich somit ein nach außen neutrales, aber leitfähiges Gemisch von Elektronen und Atomrümpfen. Dieses ist aufgrund seiner Leitfähigkeit von Magnetfeldern kontrollierbar, die Experimente zur Kernfusion setzen darauf, das Plasma in einen Torus einzusperren und dieses so weit aufzuheizen, dass Wasserstoffkerne zu Helium fusionieren und dabei über Neutronen Energie frei setzen.

Gelungene "Experimente" dieser Art sehen wir am Nachthimmel funkeln und tagsüber heiß strahlen: Sterne sind nichts weiter als gigantische Fusionsmaschinen. Auch 100 Jahre nach der Entdeckung des Plasmas ist dessen Physik weiterhin komplex. Forschenden der Rice-Universität in Houston, Texas, ist es aber nun gelungen, ultrakaltes Plasma für kurze Zeit in magnetische Flaschen zu sperren, um es weiter studieren zu können, berichtet Pro Physik .

Zu diesem Zweck kühlten sie per Laser ein Gas aus Strontium-Atomen auf drei Millikelvin, weitere Laser-Impulse entfernten pro Atom ein Elektron aus der Hülle. Aus den Studien des ultrakalten und sauberen Plasmas erhofft sich die Wissenschaft neue Erkenntnisse in den Vorgängen der Sternatmosphären, der Sonnenkorona und natürlich für die Entwicklung von Fusionsreaktoren.

„Um zu ver­ste­hen, wie der Son­nen­wind mit der Erde in­ter­a­giert oder wie man Ener­gie durch Kern­fu­sion ge­win­nen kann, muss man wis­sen, wie sich Plasma im Magnet­feld ver­hält“, er­klärt der De­kan der na­tur­wis­sen­schaftli­chen Fa­kul­tät der Rice-University Tom Killian, seines Zeichens Professor für Physik und Astronomie. Die saubere Laborumgebung und das von thermischen Störungen befreite neutrale Plasma lasse Rückschlüsse auch auf natürliche Vorkommen von Plasma, etwa in Zwergsternen und der Sonnenatmosphäre zu. Kompliziert sei die Angelegenheit dennoch, denn das Magnetfeld, welches das Plasma festhält, sei räumlich und zeitlich variabel, es habe ein Jahr gebraucht, um die Daten zu verstehen, führt Killian weiter aus. Der magnetische Einschluss hielt etwa zehn Millisekunden an, was nach einer kurzen Zeitspanne klingt. Wenn aber berücksichtigt, dass sich das Plasma ohne das Festhalten binnen Mikrosekunden wieder aufgelöst hätte, handelt es sich doch um eine sehr lange Zeit.

Trifft das hochenergetische Plasma das Magnetfeld der Erde, interagiert es mit diesem auf bislang noch nicht ausreichend geklärter Weise, das Experiment aus Houston soll zu neuen Erkenntnissen dieses Sonnenwindes führen. Die Konstruktion eines Kernfusionsreaktors sollte ebenso profitieren können, letztlich versuchen hier Magnetfelder ein heißes Plasma so lange festhalten, dass die darin gefangenen Tritium- und Deuteriumkerne zu Helium fusionieren können.

Macwelt Marktplatz

2574406