Was ist Weltraumplasma und wie kann die Erde es nutzen?

Wissenschaftler bezeichnen Weltraumplasma als den vierten Aggregatzustand nach Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen. Das Weltraumplasma ist definitionsgemäß ein gasähnlicher Aggregatzustand, in dem ein bestimmter Teil der Partikel ionisiert wurde. Plasmen existieren im gesamten Sonnensystem und darüber hinaus: in der Sonnenkorona und im Sonnenwind, in den Magnetosphären der Erde und anderer Planeten, in Kometenschwänzen, in interstellaren und intergalaktischen Medien und in den Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher. Hier auf der Erde gibt es auch Plasmen, die vom Inneren eines Kernfusionsreaktors bis zu einer Kerzenflamme reichen. (University College Of London, 2019) Wissenschaftler möchten so viel wie möglich über Plasma lernen, damit sie diese Informationen auf Kernkrafwerke anwenden können.

NASA Goddard Space Flight Center from Greenbelt, MD, USA, Public domain, via Wikimedia Commons

Weltraumplasma

Wissenschaft hinter dem Weltraumplasma

Ein Teilchen wird ionisiert, wenn es ein Elektron verliert. Alle Sterne und der größte Teil des Weltraums bestehen aus Plasma. Plasma entsteht, wenn sich Gas so sehr erwärmt, dass sich die Elektronen von ihren Atomen lösen und eine ionisierte und leitfähige Flüssigkeit bilden. Obwohl es im Weltraum reichlich vorhanden ist, ist es schwierig, es hier auf der Erde in einem Labor zu produzieren. Die extremen Bedingungen, die notwendig sind, um es zu bilden, verhindern diese Art von Experimenten. Um zwei Wasserstoffatome zu verschmelzen, wären Temperaturen von 100 Millionen Kelvin erforderlich. Bei dieser Temperatur würden alle für Umhüllungen verwendeten Materialien verdampfen. Eine Einschließungstechnik wie ein starkes Magnetfeld wäre ebenfalls erforderlich.

Wie kann Plasma verwendet werden?

Wissenschaftler nutzen die Sonne, um zu sehen, wie sich Plasma unter natürlichen Bedingungen verhält. Indem Sie die Sonne studieren, können sie lernen, wie man die Energie in Kernkraftwerken in Form von Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss nutzt. Dies ist eine sicherere, sauberere und effizientere Alternative zu Spaltreaktoren. Spaltreaktoren spalten Atome, anstatt sie miteinander zu verschmelzen. Darüber hinaus verwendeten Spaltreaktoren radioaktiven Brennstoff wie Uran, um sie anzutreiben. Das Ereignis von Tschernobyl im Jahr 1986 ist ein hervorragendes Beispiel dafür, was bei einem Unfall im Reaktor passiert. Mit dem Energiebedarf steigt auch der Bedarf an besseren Energiequellen hier auf der Erde.

Plasma für Weltraummissionen

Physiker des Budker-Instituts für Kernphysik der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nowosibirsk haben Experimente durchgeführt, um die Kraft des thermonuklearen Plasmas erfolgreich für den Einsatz in Raketenmotoren zu nutzen. Ende 2018 nahm das Institut eine einzigartige Anlage in Betrieb, die SMOLA, das russische Akronym für „Spiralbasierte magnetische offene Falle“. Die SMOLA machte Fortschritte bei der Schaffung eines Fusionsreaktors..

Die „Plasmafalle“ ermöglichte es Wissenschaftlern, Plasma in einem linearen Magnetsystem einzuschließen. Letztendlich hoffen sie, dass dies dazu beitragen wird, einen Prototyp eines Plasmamotors zu entwickeln, der für die Raumfahrt geeignet ist. Russische Wissenschaftler erreichten eine Temperatur von 100.000 Grad, um das Plasma zu bilden. Infolgedessen erreichten sie eine ausreichende Dichte, die sie mit Daten versorgte, die für die weitere Arbeit an der Schaffung eines Raketentriebwerks auf Plasmabasis geeignet waren.

Plasmabasierte Raketentriebwerke haben das Potenzial, um die Zukunft der Weltraumforschung zu unterstützen.