Tokamak Energy aus Großbritannien schließt Tests des Demo4-Fusions-Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetsystems ab

de.wedoany.com-Bericht: Am 9. September 2026 gab das britische Unternehmen Tokamak Energy bekannt, dass es die 14-monatigen Tests seines Demo4-Fusionsmagnetsystems abgeschlossen hat. Damit wurden die Fähigkeiten des Unternehmens bei Design, Bau, Integration und Betrieb vollständiger Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetsysteme (HTS) verifiziert.

Die bei den Demo4-Tests gewonnenen technischen Erkenntnisse fließen nun in das Kooperationsprojekt von Tokamak Energy mit UK Fusion Energy (UKFE) ein und unterstützen die Entwicklung des HTS-Magnetsystems für das Fusionsprogramm Spherical Tokamak for Energy Production (STEP). Die Ergebnisse sind auch für kommerzielle HTS-Anwendungen außerhalb der Fusion relevant und wurden diese Woche auf der Applied Superconductivity Conference (ASC 2026) in Pittsburgh, USA, vorgestellt.

Während der Tests erhöhte das Ingenieurteam das Spitzenmagnetfeld von Demo4 auf 13,7 Tesla, ließ die Toroidalfeldspulen bei einer Stromstärke von 5.600 Ampere laufen und führte zyklische Tests des Systems im Arbeitstemperaturbereich von 77 Kelvin bis 17 Kelvin durch. Das System wurde gleichzeitig einer transversalen mechanischen Spannung von 150 Megapascal ausgesetzt, was etwa dem 1.500-fachen des Atmosphärendrucks entspricht.

Demo4 verwendet eine für Fusionsanwendungen relevante sphärische Tokamak-Struktur und akkumulierte in verschiedenen Erregungszuständen etwa 10.000 Betriebsstunden, einschließlich längerer Phasen mit hohem Magnetfeld. Die Tests umfassten außerdem mehrere erzwungene Entladungen und Entladungen mit hohem Strom bei bis zu 12,5 Tesla, um die Stabilität des Systems unter Fehlerbedingungen zu prüfen.

Warrick Matthews, CEO von Tokamak Energy, erklärte, Demo4 sei ein bedeutender technischer und kommerzieller Meilenstein, der beweise, dass das Unternehmen in der Lage sei, vollständige HTS-Magnetsysteme zu entwerfen, zu bauen und zu betreiben. Die Dauerhaftigkeitstests des Systems hätten wichtige Daten geliefert, die die Robustheit des HTS-Designs belegten – von großer Bedeutung für die industrielle Anwendung von Magneten und Stromversorgungssystemen.

Liam Brennan, Leiter der HTS-Sparte TE Magnetics von Tokamak Energy, erklärte, das Design von HTS-Magneten sei entscheidend für Leistung und Wirtschaftlichkeit von Fusionskraftwerken. Die Demo4-Experimente hätten bewiesen, dass das integrierte Magnetsystem des Unternehmens unter anspruchsvollen, fusionsnahen Bedingungen betrieben werden könne; die gewonnenen Erkenntnisse flössen bereits in das STEP-Programm von UK Fusion Energy ein.

Demo4 ist ein vollständiges HTS-Fusionsmagnetsystem, das in einer integrierten Anlage gleichzeitig Magnetfeldstärke und -winkel, Stromdichte, Betriebstemperatur und mechanische Lasten verifiziert. Die Tests umfassten nicht nur die Magnete selbst, sondern auch die kryogenen Systeme, Erregersysteme, Instrumentierung und Steuerungssysteme – die entscheidenden Komponenten für den koordinierten Betrieb mehrerer Magnete.

Das System besteht aus 44 HTS-Spulen in sphärischer Tokamak-Konfiguration. Darunter befinden sich 14 Toroidalfeld-Schenkel, wobei jeder Schenkel aus zwei teilisolierten HTS-Spulen besteht; hinzu kommen 2 Poloidalfeldspulen, wobei jede aus 8 vollständig isolierten HTS-Spulen aufgebaut ist. Das System wird mit Druckhelium gekühlt, das mit einem Betriebsdruck von bis zu 20 bar arbeitet, und überwacht Parameter wie Spannung, Magnetfeld, Temperatur und Spannung mit mehr als 600 Sensoren.

Tokamak Energy gab an, dass die in dieser Testrunde gesammelten Daten weiterhin zur Validierung und Verbesserung ihrer Modelle und Steuerungssoftware verwendet werden, um die Vorhersagefähigkeit für HTS-Systemleistung zu erhöhen und die Entwicklung robuster, zuverlässiger Magnetsysteme zu unterstützen.

Die Testergebnisse zeigen, dass die HTS-Komponenten bei Magnetfeldern von bis zu 13,7 Tesla erwartungsgemäß funktionierten und die kritischen Stromeigenschaften verifiziert wurden; im Temperaturbereich von 77 Kelvin bis 17 Kelvin wurde die Leistungsfähigkeit der kritischen Oberflächenabbildung des Systems weiter bestätigt. Die Zuverlässigkeit von über 90 HTS-Verbindungen wurde ebenfalls verifiziert – die Verbindungswiderstände entsprachen den Erwartungen und gewährleisteten während des gesamten Testzeitraums einen stabilen Stromtransport.

Die Tests bestätigten zudem, dass HTS-Materialien eine gute thermische Stabilität aufweisen und dass Früherkennung von Übergängen sowie aktive Kühlung wirksame Mittel zur Vermeidung von Quenchen darstellen. Bei den Fehlertests und erzwungenen Entladungen bei 12,5 Tesla und hohen Strömen wurden keine Hotspots oder Leistungsdegradationen beobachtet. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften wurde das System unter transversaler Druckspannung von 150 Megapascal verifiziert, was das Verständnis des Verhaltens gewickelter Spulen vertieft.

Darüber hinaus erklärte Tokamak Energy, dass das HTS-Magnetsystem nachweislich gegen die Auswirkungen thermischer Zyklen beständig ist. Magnete, Stromversorgung, Kryosysteme, Steuerungssysteme und Quenchschutzeinrichtungen arbeiteten im gesamten System koordiniert zusammen; auch die HTS-Stromzuführungen sowie die Wechselwirkungen zwischen Toroidalfeld- und Poloidalfeldspulen wurden durch die Tests validiert.

Tokamak Energy ist Magnetpartner im STEP-Fusionsprogramm der britischen Regierung. Dank seiner Fertigungs- und Designkompetenz bei HTS-Magneten erhielt das Unternehmen von UK Fusion Energy einen Vertrag im Wert von 70 Millionen Pfund mit einer Laufzeit bis März 2029. Die bei Demo4 gewonnenen Erkenntnisse werden in die Tests der STEP-Modellspule sowie in die Forschung an kraftwerksgroßen HTS-Magnetsystemen einfließen.

Tokamak Energy ist außerdem Mitglied der britischen Infinity-Fusionsallianz, zu der auch Type One Energy und AECOM gehören, und treibt mit Unterstützung der Barclays Bank die Entwicklung kommerzieller Fusionskraftwerke in Großbritannien voran.