Warum wird die Fusion in einem Vakuumbehälter herbeigeführt, wenn sie doch natürlicherweise in der Sonne und nicht im Vakuum des Weltraums stattfindet?

Sollte mit Fusion nicht eher unter hohem Druck experimentiert werden, so wie er in der Sonne herrscht?

Es stimmt, dass die Fusion unter hohem Druck im Kern der Sonne stattfindet und nicht im umgebenden Vakuum. Die Schwerkraft hält das Plasma zusammen. Seltsamerweise ist die Sonne ein sehr ineffizienter Fusionsreaktor. Sie produziert nur ein Watt pro Kubikmeter – lediglich durch ihre enorme Größe wird extrem viel Energie erzeugt. Hier auf der Erde streben wir eine millionenfach bessere Effizienz an!

Plasma existiert bei unterschiedlichem Druck und verschiedenen Temperaturen. Denken Sie beispielsweise an galaktische Nebel, das Polarlicht oder fluoreszierende Glühbirnen – die allesamt aus Plasma bestehen. Um eine Fusion innerhalb eines Plasmas zu erreichen, muss das Zusammenspiel von Temperatur, Druck (oder Dichte) und Einschlusszeit berücksichtigt werden. Wenn Sie diese Parameter miteinander multiplizieren, erhalten Sie eine Menge, die die Fusionswissenschaftler das „Dreifachprodukt“ nennen.

Auf der Erde ist es unmöglich, Plasmen durch Schwerkraft einzugrenzen.Es ist für uns allerdings überhaupt kein Problem, Temperaturen zu erreichen, die zehn mal so heiß sind wie die Sonne! Aufgrund dessen haben Wissenschaftler das einfachste und effizienteste System für terrestrische Fusionsreaktoren erarbeitet. Dieses sieht einen recht niedrigen Druck vor.

Ein Teil dieser Anforderung an das Vakuum betrifft die relativ schweren Atome in der Atmosphäre (Sauerstoff, Stickstoff usw.), die als Hauptverunreinigungen wirken. Sie stören das Plasma in einem solchen Ausmaß, dass es sich schon beim Vorhandensein kleinster Mengen nicht aufrechterhalten lässt. Daher können wir das Plasma nur formen und aufrechterhalten, wenn wir vor dem Hinzufügen des Treibstoffs ein sehr gutes Vakuum erzeugen.

Sobald der Treibstoff injiziert und erhitzt wurde, entspricht der Druck in der Mitte des Plasmas in etwa dem der Atmosphäre. Wir erhöhen die Stabilität unserer Plasmen indem wir das Plasmagefäß vor Betriebsbeginn von schweren Atomen reinigen und dazu ist ein Vakuum notwendig!