Fusionsforschung: Digitaler Zwilling beschleunigt bei Tokamak Energy die Kommerzialisierung

Das Privatunternehmen Tokamak Energy will Mitte der 2030er-Jahre die Netto-Stromerzeugung aus der Kernfusion mit seiner Pilotanlage ST-E1 demonstrieren. Experimente in der aktuellen Fusionsanlage ST40 schaffen dazu die Wissens- und Erfahrungsbasis. Mit dem ST40 konnte bereits eine Plasmatemperatur von 100 Millionen Grad Celsius erreicht werden. Bei so hohen Temperaturen könnte der Fusionsreaktor schaden nehmen, wenn das Plasma nicht sicher in einen Magnetkäfig eingeschlossen und von den Wänden ferngehalten wird. Auch müssen Helium-4-Kerne – das Abfallprodukte aus der Fusionsreaktion zwischen dem Deuterium-Tritium- Brennstoffgemisch – zusammen mit Verunreinigungen aus dem Plasma entfernt werden, um die Gesamtleistung zu verbessern. Dies erfolgt über die Ablenkung des äusseren Plasmabereichs auf den sogenannten Divertor (Ableiteinrichtung) am Boden des Vakumgefässes des Fusionsreaktors und durch anschliessendes Absaugen.

Tokamak Energy wird von nun an Sophia – einen digitalen Zwilling des ST40 – vollständig in den Plasmabetrieb integrieren, um aus jedem Experiment den grösstmöglichen Nutzen zu erzielen. Ende 2023 wurde die Eigenentwicklung erstmals getestet, «um dabei zu helfen, Szenarien für eine Hochleistungs-Plasmaableitung im sphärischen Hochfeld-Tokamak ST40 zu verstehen und zu entwickeln». So kann vor dem Durchführen realer Experimente sichergestellt werden, dass das Plasma stabil bleibt und die Maschine keinen Schaden nimmt, was auch Risiken reduziert. Gemäss Tokamak Energy konnte nachgewiesen werden, dass sich die vorhergesagten Ergebnisse mit Sophia mit realen Messergebnissen decken.

«Erfolgreiche Experimente, die virtuell von Sophia getestet wurden, werden in ST40 in die Realität umgesetzt, um messbare, verifizierbare und publizierbare physikalische Ergebnisse zu erzielen und so unsere Forschungs- und Entwicklungsproduktivität zu beschleunigen», sagte Mike Porter, der leitende Ingenieur von Tokamak Energy. Diese Effizienzsteigerung sei ein grosser Durchbruch bei der Straffung der Zeitpläne von Tokamak Energy und der Validierung der Kraftwerke, sodass die kommerzielle Fusion in den 2030er-Jahren realisiert werden könne. Um weitere Unterstützung bei der Umsetzung dieses Ziels zu erhalten, unterzeichneten Tokamak Energy und das amerikanische Department of Energy (DOE) kürzlich eine Vereinbarung.