US-Firma Marathon Fusion trennt Wasserstoff- und Lithiumisotope mit Plasma-Zentrifuge

de.wedoany.com-Bericht: Das US-amerikanische Unternehmen Marathon Fusion hat bekannt gegeben, dass es mit einer speziellen Plasma-Zentrifuge erfolgreich Wasserstoff- und Lithiumisotope getrennt hat. Dieses Ergebnis bedeutet, dass eine einzige elektromagnetische Methode gleichzeitig zwei Aufgaben zukünftiger Fusionskraftwerke übernehmen kann: die Rückgewinnung von Abgasbrennstoffen und die Anreicherung von Rohstoffen. Dennis Whyte, Professor für Nuklearwissenschaft und -technik am Massachusetts Institute of Technology (MIT), bewertete, dass diese Technologie durch selektives Tritium-Pumpen die Leistung von Fusionskraftwerken verbessern und den benötigten Tritium-Bestand erheblich reduzieren könnte.

Kommerzielle Fusionskraftwerke erzeugen Energie, indem sie Deuterium und Tritium in einer magnetischen Kammer fusionieren, doch der Brennstoffkreislauf steht seit langem vor zwei Engpässen. Erstens verbrennt der Reaktor in jedem Zyklus nur eine geringe Menge Tritium, während große Mengen unverbrannter radioaktiver Abgase schnell gereinigt und zurückgewonnen werden müssen. Zweitens kommt Tritium in der Natur kaum in nennenswerten Mengen vor; der Reaktor muss seinen eigenen Brennstoff durch Neutronenbeschuss lithiumhaltiger Brutblankets erbrüten. Herkömmliche Gaszentrifugen nutzen mechanische Rotoren, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, um schwerere Atome nach außen zu drücken. Bei leichten Gasen wie Wasserstoff ist die thermische Bewegung der Moleküle jedoch extrem schnell, sodass die Rotoren sehr hohe Drehzahlen erreichen müssen, um eine Trennung zu ermöglichen – Metall- oder Kohlefaserrotoren können dieser physikalischen Belastung kaum standhalten.

Die Plasma-Zentrifuge bietet einen anderen Weg. Wenn elektrische und magnetische Kräfte in der Kammer gekreuzt werden, werden geladene Plasma-Teilchen zu Überschallrotation angetrieben. Marathon Fusion lässt das Gerät in einem teilweise ionisierten Zustand laufen, wobei nur wenige Gasatome geladen sind. Diese geladenen Teilchen kollidieren kontinuierlich mit neutralen Atomen und versetzen so das gesamte Gasgemisch in schnelle Rotation. Die Zentrifugalkraft schleudert schwerere Isotope an die Kammerwand, während leichtere Isotope im Zentrum verbleiben, wodurch die Trennung erreicht wird – ohne die Probleme früherer Plasma-Trenner, die unter extremer Hitze litten. Wird das Gerät an die Abgasleitung des Reaktors angeschlossen, kann es eine Aufgabe namens „differenzielles Pumpen" übernehmen: Es trennt das schwerere Deuterium und Tritium von Helium-Abfällen und leichteren Protium-Verunreinigungen, bevor das Gas in die nachgelagerte Aufbereitungsanlage gelangt. Diese direkte Trennung kann den Gesamtumfang der Brennstoffaufbereitungsanlagen um über 90 % reduzieren und die Menge an radioaktivem Tritium, die das Werk vor Ort lagern muss, erheblich verringern.

Derselbe Mechanismus kann auch für Lithium verwendet werden, das für Reaktorkühlmittel und Brutblankets benötigt wird. Flüssige Salzschmelzen wie FLiBe benötigen lithium-6-angereichertes Lithium, um neues Tritium zu erbrüten, oder Lithium-7 zur Kühlung von Spaltungssystemen. Derzeit stammt der Großteil der weltweiten Versorgung mit angereichertem Lithium aus China und Russland, wo alte chemische Verfahren eingesetzt werden, die große Mengen giftigen Quecksilbers erfordern. Die Plasma-Zentrifuge bietet eine trockene, nicht-chemische Alternative, die den Quecksilberprozess vollständig überflüssig macht.

Die experimentellen Messungen der Hardware-Testläufe stimmten mit den Vorhersagen der magnetohydrodynamischen Computermodelle des Unternehmens überein. Im Rahmen des „VISION OPEN"-Programms der ARPA-E des US-Energieministeriums entwickeln Ingenieure derzeit eine mehrstufige Konfiguration des Systems und planen den Bau einer kommerziellen Pilotanlage, um künftige netzgekoppelte Fusionsanlagen mit angereicherten Isotopen zu versorgen.