Die große Herausforderung der Kernfusion besteht darin, die notwendigen Bedingungen zu schaffen, damit Atomkerne überhaupt verschmelzen können. Das funktioniert gut in der Sonne. Allerdings ist es schwierig, dies im kleinen Maßstab ohne den nahezu unendlichen Druck von 330.000 Erdmassen zu reproduzieren.

Gleichzeitig stellt jede Optimierung oder Vereinfachung der Struktur einen weiteren Schritt dar, um letztlich mehr Energie aus der Fusion zu gewinnen, als in den Betrieb des Systems gesteckt wird.

Ein neuartiges Design, das von Forschern des Princeton Plasma Physics Laboratory, des US-Energieministeriums, der Universität Kyushu und eines privaten Unternehmens entwickelt wurde, ist eines davon.

Denn beim Bau wird nicht nur eine Komponente eingespart, sondern auch der Energiebedarf zur Herstellung des Plasmas deutlich reduziert. Um die Metapher der Wissenschaftler zu nutzen: Statt eines Toasters wird künftig mit einer Mikrowelle geheizt.

Doppelte Ersparnis

Dadurch kann auf die Hochleistungsheizung im Inneren des Tokamaks verzichtet werden, die wie bei einem Toaster den ohmschen Widerstand zum Erhitzen nutzt. Dadurch kann der gesamte Reaktor wesentlich kompakter gebaut werden und es müssen weniger Bauteile genau dort eingesetzt werden, wo maximale Temperaturen erreicht werden.

Mikrowellenstrahlung hingegen, die auch zum Heizen zu Hause genutzt werden kann, wird von außen abgegeben. Auch bei der Stromversorgung lassen sich dem Papier zufolge beachtliche Einsparungen erzielen.

Statt der bisherigen 15 bis 25 Megaampere Strom sind zur Erzeugung der Mikrowellen „nur“ 8 Megaampere nötig, um eine Temperatur von rund 100 Millionen Grad zu erreichen.

Weitere Simulationen sind nun erforderlich, um den optimalen Einfallswinkel und die Zeitabstände zwischen den Pulsen zu bestimmen. Schließlich müssen unter den extremen Bedingungen noch weitere Faktoren berücksichtigt werden. Eine solche starke Mikrowellenstrahlung induziert unter anderem Ströme im Plasmastrom, die ebenfalls zur Erwärmung beitragen, aber auch Instabilitäten verursachen können.