Durch die Anpassung von Gasdruck und Cyclotronheizung hat das Team am Tokamak EAST den Wandkontakt in der Startphase reduziert und so höhere Plasmadichten oberhalb des Greenwaldlimit ohne Randinstabilitäten erzielt. EAST steht für Experimental Advanced Superconducting Tokamak und bezeichnet eine chinesische Forschungsanlage in Hefei, die mit supraleitenden Magneten arbeitet. Damit liefert der Tokamak neue Daten für die Kernfusion, weil gerade stabile hohe Dichte als Engpass gilt (scinexx: 14.01.26).
Plasma über der Dichtegrenze – warum das Greenwaldlimit so wichtig ist
In Magnetfusionsanlagen steigt die Fusionsrate, wenn Temperatur und Dichte gleichzeitig hoch sind. Allerdings setzt das Greenwaldlimit vielen Tokamaks eine harte Grenze, weil am Rand Turbulenzen und Ausbrüche beginnen können. Diese Dichtegrenze entscheidet praktisch darüber, ob ein stabiler Dauerbetrieb möglich wird.
Tokamaks schließen das heiße Medium mit einem starken Magnetfeld ein, und der Rand bleibt dabei die kritische Zone. Kommt es dort zu Eruptionen, sinkt der Energieeinschluss und Bauteile geraten stärker unter thermische Last. Deshalb gilt ein Betrieb deutlich über dem Limit als technisch anspruchsvoll, weil Stabilität und Materialschutz zusammenhängen.
Messwerte aus Hefei: Dichte über dem Limit, Rand bleibt ruhig
EAST erreichte nach Angaben des Teams eine durchschnittliche Elektronendichte von 1,3 bis 1,65-fach über dem Greenwaldlimit. Zugleich blieb das Plasma stabil, und das Team berichtet keine Eruptionen am Rand. Damit nähert sich der Tokamak einem Bereich, der für spätere Fusionsreaktoren besonders relevant ist.
Andere Experimente überschritten das Limit bereits kurzzeitig, jedoch oft ohne robuste Stabilität bei weiter steigender Dichte. Hier setzt EAST an, weil die Randbedingungen so justiert wurden, dass Verluste sinken und der Betrieb ruhiger wird. Dadurch entsteht ein neues Regime, in dem sich der Fusionsbrennstoff dichter komprimieren lässt.
Cyclotronheizung als Stellschraube: Weniger Verluste in der Startphase
Der Schlüssel liegt in der Startphase, weil dort Wandkontakt und Verunreinigungen den Betrieb früh destabilisieren können. Deshalb passte das Team den Gasdruck an und optimierte die Cyclotronheizung über die Elektronen-Cyclotron-Resonanzheizung. Diese Mikrowellenheizung bringt Energie gezielt ins Plasma ein und glättet Profile, sodass Randstörungen seltener auftreten.
Wenn weniger Material aus der Wand ins Plasma gelangt, bleibt die Temperatur stabiler und die Dichte lässt sich kontrollierter erhöhen. Außerdem reduziert ein ruhigerer Rand die Energieabfuhr, was den Einschluss verbessert. Damit steigt die Chance, das hohe Dichteniveau auch über längere Zeit zu halten.
Einordnung für Kernfusion: Fortschritt, aber noch kein Kraftwerksbeweis
Für die Kernfusion zählt am Ende das Zusammenspiel aus Dichte, Temperatur und Energieeinschluss über lange Pulszeiten. EAST hatte bereits Anfang 2025 einen Langzeitbetrieb im High-Confinement-Modus von 1.066 Sekunden gemeldet, während nun die Dichtefrage adressiert wird. In Summe stärkt das die Perspektive auf Fusionsenergie, weil beide Parameterbereiche zusammengeführt werden müssen.
Ping Zhu formuliert die Kernhürde dennoch nüchtern: „Einen Betrieb mit Plasmadichten oberhalb dieses sogenannten Greenwald-Limits zu erreichen, ist für Magneteinschlussreaktoren daher eine Herausforderung“. Gleichzeitig sagt er: „Unsere Ergebnisse deuten auf einen praktikablen und skalierbaren Weg hin, wie sich die Dichtegrenzen in Tokamaks und Fusionsanlagen der nächsten Generation überwinden lassen“. Als nächstes will das Team die Methode auch im High-Confinement-Betrieb testen, weil dort die Anforderungen an Stabilität und Leistung am höchsten sind.
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