Wissenschaftler, die mit Chinas Experimentellem Fortgeschrittenem Supraleitendem Tokamak (EAST) arbeiten, oft als "künstliche Sonne" bezeichnet, haben erreicht, was lange als unmöglich galt: stabiles Plasma bei Dichten aufrechtzuerhalten, die weit über einer fundamentalen Grenze liegen, die die Fusionsforschung seit Jahrzehnten einschränkt.
Der Durchbruch, am 1. Januar 2026 in Science Advances veröffentlicht, zeigt, dass die Greenwald-Grenze, eine theoretische Schwelle, die die maximal erreichbare Plasmadichte in Tokamak-Reaktoren definiert hat, flexibler sein könnte als Physiker zuvor glaubten. Diese Entdeckung könnte den Weg zur praktischen Fusionsenergie neu gestalten.
Die Greenwald-Grenze war eines der hartnäckigsten Hindernisse der Fusionsforschung. Benannt nach dem Physiker Martin Greenwald, sagt diese empirische Grenze die maximale Dichte voraus, bei der Plasma in einem Tokamak stabil bleiben kann. Das Überschreiten dieser Grenze löst typischerweise heftige Instabilitäten aus, die das Plasma gegen die Reaktorwände kollabieren lassen und die Fusionsreaktion beenden.
Das EAST-Team erreichte etwas Bemerkenswertes: Sie hielten stabiles Plasma bei Dichten von 1,3 bis 1,65-mal über der Greenwald-Grenze aufrecht. Zur Einordnung: Tokamaks arbeiten typischerweise bei 0,8 bis 1-mal dieser Grenze. Die Forscher erreichten liniengemittelte Elektronendichten von etwa 5,6 × 10¹⁹ Teilchen pro Kubikmeter, deutlich höher als der normale Betriebsbereich der Maschine.
Der Schlüssel zu dieser Leistung lag in einem sorgfältig orchestrierten Startverfahren. Die Forscher kontrollierten den anfänglichen Brenngasdruck präzise und wendeten Elektronenzyklotronresonanzheizung während der frühesten Phase jeder Plasmaentladung an. Diese Strategie optimierte die Wechselwirkung zwischen Plasma und Reaktorwänden von Anfang an und reduzierte die Ansammlung von Verunreinigungen, die typischerweise Energieverluste und Instabilitäten verursachen.
Die Experimente bestätigen einen theoretischen Rahmen, der als Plasma-Wand-Selbstorganisation (PWSO) bekannt ist und erstmals von Forschern des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung und der Universität Aix-Marseille vorgeschlagen worden ist. Die EAST-Ergebnisse liefern die erste experimentelle Bestätigung, dass dieser theoretische Mechanismus tatsächlich in der Praxis funktioniert.
Professor Zhu Ping, ein Schlüsselforscher des Projekts, betonte die praktischen Implikationen: "Die Ergebnisse deuten auf einen praktischen und skalierbaren Weg zur Erweiterung der Dichtegrenzen in Tokamaks und Fusionsgeräten der nächsten Generation mit brennendem Plasma hin." Höhere Plasmadichten führen direkt zu mehr Fusionsreaktionen, was essentiell ist, um die für die kommerzielle Stromerzeugung benötigte Energieausbeute zu erreichen.
Die Leistung ist besonders bedeutsam, da Fusionsenergie davon abhängt, extrem heißes Plasma, erhitzt auf Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius, lange genug einzuschließen, damit Wasserstoffatome fusionieren und Energie freisetzen können. Dichteres Plasma bedeutet mehr Brennstoffteilchen, die für die Fusion zur Verfügung stehen, was Reaktoren potenziell effizienter und wirtschaftlich tragfähiger macht.
Allerdings warnen Wissenschaftler, dass erhebliche Herausforderungen bleiben. EAST hat in diesen Experimenten keine Nettoenergie aus Fusion produziert, und viele technische und materialwissenschaftliche Hürden müssen noch überwunden werden.
Fusionsenergie ist lange als der Heilige Gral der sauberen Energie beschrieben worden, der praktisch unbegrenzte Energie mit minimalem Umwelteinfluss verspricht. Im Gegensatz zur Kernspaltung produziert Fusion keine langlebigen radioaktiven Abfälle und birgt kein Risiko einer Kernschmelze.
Indem sie zeigten, dass eine der fundamentalen Grenzen der Fusion überschritten werden kann, haben chinesische Wissenschaftler neue Möglichkeiten für Reaktordesign und -betrieb eröffnet.
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