Magnetische Einschlussfusion ist ein Ansatz zur Kernfusion, bei dem ein Plasma (ionisiertes Gas) in einem Magnetfeld suspendiert und seine Temperatur und sein Druck auf ein hohes Niveau erhöht werden. Kernfusion ist eine Art von Kernenergie, die erzeugt wird, wenn leichte Atomkerne – Wasserstoff, Deuterium, Tritium oder Helium – bei hohen Temperaturen und Drücken miteinander verschmolzen werden. Das gesamte Licht und die gesamte Wärme der Sonne stammen von Kernfusionsreaktionen, die in ihrem Kern ablaufen. Dadurch kann die Sonne überhaupt existieren – der nach außen gerichtete Druck der Fusionsreaktionen gleicht die Tendenz zum Gravitationskollaps aus.
Obwohl die Menschheit die Spaltungsenergie – das Zerlegen schwerer Kerne – für die Kernenergie genutzt hat, entzieht sich uns eine erfolgreiche Fusionsenergie immer noch. Bisher verbraucht jeder Versuch, Fusionsenergie zu erzeugen, mehr Energie, als er produziert. Die Fusion mit magnetischem Einschluss ist einer von zwei populären Ansätzen zur Kernfusion – der andere ist die Fusion mit Trägheitseinschluss, bei der ein Brennstoffpellet mit Hochleistungslasern beschossen wird. Derzeit verfolgt ein Multi-Milliarden-Dollar-Projekt jeden Weg – die National Ignition Facility in den Vereinigten Staaten verfolgt die Fusion mit Trägheitseinschluss und der International Thermonuclear Experimental Reactor, ein internationales Projekt, verfolgt die Fusion mit magnetischem Einschluss.
Experimente zur Fusion mit magnetischem Einschluss begannen 1951, als Lyman Spitzer, ein Physiker und Astronom, den Stellator baute, eine achtförmige Plasmaeinschlussvorrichtung. Ein großer Durchbruch gelang 1968, als russische Wissenschaftler das Tokamak-Design der Öffentlichkeit vorstellten, einen Torus, der das Design der meisten zukünftigen Fusionsanlagen mit magnetischem Einschluss sein sollte. 1991 gab es einen weiteren Schritt nach vorne mit der Konstruktion von START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) in Großbritannien, einem Spheromak oder einem sphärischen Tokamak. Tests zeigten, dass dieses Gerät beim Auslösen von Fusionsreaktionen etwa dreimal besser ist als die meisten Tokamaks, und Spheromaks sind weiterhin ein fortlaufendes Forschungsgebiet in der Fusionsforschung.
Damit die Fusionsreaktionen effizient sind, muss das Zentrum eines Tokamak-Reaktors auf Temperaturen um 100 Millionen Kelvin erhitzt werden. Bei so hohen Temperaturen haben die Teilchen eine enorme kinetische Energie und versuchen ständig zu entkommen. Eine Fusionsforschung vergleicht die Herausforderung der Fusion mit magnetischem Einschluss mit der des Zusammendrückens eines Ballons – wenn Sie fest auf eine Seite drücken, springt er einfach auf einer anderen heraus. Bei der Fusion mit magnetischem Einschluss führt dieses „Herausspringen“ dazu, dass Hochtemperaturpartikel mit der Reaktorwand kollidieren und Metallstücke in einem als „Sputtern“ bezeichneten Prozess abkratzen. Diese Partikel absorbieren Energie, senken die Gesamttemperatur des eingeschlossenen Plasmas und erschweren das Erreichen der richtigen Temperatur.
Wenn die Fusionsenergie gemeistert werden könnte, könnte sie zu einer beispiellosen Energiequelle für die Menschheit werden, aber selbst die optimistischsten Forscher erwarten keine kommerzielle Stromerzeugung vor 2030.