Sep 20, 2016
Die SONNE AUS DEM 3D-DRUCKER
3D-gedruckte Bucky-Balls leuchten im Sternenmodus. Mit dieser fußballartigen Geometrie wollen die Raumfahrttechniker der TU Dresden Kernfusion möglich machen.
Unsere Sonne scheint, weil in ihrem Inneren Wasserstoff-Atomkerne verschmelzen. Was im Weltall ganz selbstverständlich abläuft, stellt die Wissenschaftler seit den 1950er Jahren vor große technische Schwierigkeiten. Seither versuchen sie den brennenden Stern mit Kernfusionsreaktoren zu kopieren – mit dem Ziel, eine unerschöpfliche Energiequelle zu gewinnen ohne der Gefahr katastrophaler Störfälle.
Bei Experimenten zu innovativen Plasmatriebwerken sind Professor Martin Tajmar, Experte für Raumfahrtantriebe an der Fakultät Maschinenwesen, und sein Student Jan-Philipp Wulfkühler auf eine neuartige Geometrie gestoßen, die eine äußerst effiziente Verschmelzung von Atomkernen verspricht. Diese „Buckyball“-Geometrie ähnelt einem Fußball und wurde in einem 3D-Drucker hergestellt. Damit hat das Wissenschaftler-Team eine vielversprechende Möglichkeit gefunden, wie Kernfusion einfacher und effizienter als bisher stattfinden kann.
„Ein Wasserstoff-Atom muss in dieser Konfiguration etwa eine Million Mal ein Rad schlagen, bis es mit einem anderen Atom fusioniert und Energie freigesetzt wird. Wenn es vorher eine Oberfläche berührt, verpufft es. Die Herausforderung der Fusionsforschung besteht darin, den Reaktor so zu bauen, dass die Atome lange genug zirkulieren können um zu verschmelzen“, erklärt der studierte Physiker Martin Tajmar. Die laufenden Milliarden-Projekte JET in Oxford und ITER in Südfrankreich nutzen magnetische Felder, um die Atomkerne im Reaktor zu halten. „Das hat bisher kein Fusionsreaktor länger als eine halbe Minute geschafft“, ergänzt der Maschinenbaustudent Jan-Philipp Wulfkühler, der die neusten Forschungsergebnisse Ende Juli gemeinsam mit seinem Professor in den USA präsentiert hat und jetzt seine Belegarbeit über dieses vielversprechende Thema schreibt. Die Ingenieure der TU Dresden haben eine vollkommen andere Herangehensweise. Sie nutzen die Idee, dass eine Geometrie mit runden Öffnungen Atome nicht ablenkt und halten die Teilchen mit elektrischen Feldern im Inneren. „Unsere bisherigen Untersuchungen haben bewiesen, dass Kernfusion damit theoretisch möglich ist“, so Jan-Philipp Wulfkühler.
In den kommenden Wochen planen Tajmar und Wulfkühler Versuche mit Deuterium, einem Wasserstoff-Isotop, das für Kernfusionsreaktoren benötigt wird. „Bis zum Herbst wird unsere Forschungsinfrastruktur auf Versuche mit Wasserstoff umgestellt, damit wir in diesem Jahr die ersten Fusionsreaktionen durchführen können. Dann werden wir sehen, ob wir im Prinzip unsere eigene Sonne tatsächlich ganz unkompliziert im 3D-Drucker fertigen können. Natürlich wären dann noch weitere umfangreiche Forschungsarbeiten notwendig bevor das Experiment wirklich nutzbare Energiemengen produzieren kann“, so Tajmar.
Der weltweit erste 3D-gedruckte Fusionsreaktor im Kleinformat ist nicht nur für die Energieforschung interessant: „Natürlich wäre es schön, wenn wir die Energieprobleme der Menschheit lösen könnten. Aber alleine schon die Möglichkeit, das Nebenprodukt Neutronenstrahlung einfacher produzieren zu können, wäre für die Materialforschung ein großer Erfolg“, so Tajmar.
© Christian Hüller
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