Nordamerika

Durchbruch bei Laser-Kernfusion? Ausbeute von 70 Prozent der Energie zum Zünden ist noch zu wenig

Im Lawrence Livermore National Laboratory bei San Francisco in Kalifornien wurden beim Kernfusionsexperiment 1,9 Megajoule in Form von Laserbestrahlung eingesetzt. Die dadurch freigesetzten 1,35 Megajoule aus einer kurzzeitigen Kernfusion brachten immerhin Gratulationen von Physikerkollegen ein.
Durchbruch bei Laser-Kernfusion? Ausbeute von 70 Prozent der Energie zum Zünden ist noch zu wenigQuelle: Gettyimages.ru

Kalifornische Kernphysiker erklärten am Dienstag, eine weitere Etappe zur Nutzung der Kernfusion auf der Suche nach einer sauberen Energiequelle für die Zukunft bewältigt zu haben. Bei dem jüngsten Experiment mit der National Ignition Facility (NIF) im Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) bei San Francisco sind die Forscher der Zündung einer kontrollierten Kernfusion durch Laserbestrahlung so nahe gekommen wie noch niemals zuvor. Der durch Kernfusion im Experiment gewonnene Energieertrag fiel acht Mal stärker aus als je zuvor, betrug allerdings noch immer weniger als die für den Laser aufgewandte Energie zum Zünden der Fusion.

Deuterium und Tritium sind die beiden Isotope vom Wasserstoff, die im Atomkern neben dem Proton zusätzlich ein Neutron bzw. sogar zwei enthalten. Alle Wasserstoffatome verschmelzen bei der Fusion ihrer Kerne zu Heliumatomkernen – ähnlich wie in unserer Sonne und allen ähnlichen Sternen.

Bei dem hier zitierten Experiment in der NIF müssen dafür die Wasserstoff-Isotope im Inneren des Target-Kügelchens auf 50 bis 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt werden. Um am Ende überhaupt Energie gewinnen zu können, müsste dann durch den Fusionsprozess so viel Energie freigesetzt werden, dass also mindestens die Energie für den Zündvorgang der Fusion wieder gewonnen werden kann. Die Physiker in der NIF nutzen (im Gegensatz zur Schwerkraftwirkung im Inneren der Sonne) die sogenannte Trägheitsfusion, ausgelöst durch den stärksten Laser, der seine 192 Laserstrahlen auf ein Gemisch aus Deuterium und Tritium in einer kleinen Kunststoffkapsel von 2 mm Durchmesser als Target richtet und darauf alle Strahlen gleichzeitig für die Dauer von etwa 15 Nanosekunden einwirken lässt, um die Fusion in dem Kügelchen zu zünden. Dieses Wirkprinzip steht in Konkurrenz zu den viel früher begonnenen Bemühungen, eine derartige kontrollierte Kernfusion nach dem Tokamak-Prinzip in einem Plasma, eingeschlossen durch starke Magnetfelder in einem Torus, zu starten und beherrschbar zu steuern, anstatt wie etwa bei der Explosion einer Wasserstoffbombe oder in der Sonne ungebremst ablaufen zu lassen.

In dem Experiment am 8. August wurden zum Zünden der Fusion 1,9 Megajoule Energie für den Laser eingesetzt, freigesetzt wurden durch die gelungene Kernfusion immerhin 1,35 Megajoule, das sind etwa 70 Prozent der zuvor zum Zünden aufgewendeten Energie. Das gilt dennoch heute als ein großartiger Erfolg.

"Dieses Ergebnis ist ein historischer Fortschritt für die Forschung im Bereich der Trägheitsfusion", erklärte Kim Budil, Direktor des Lawrence Livermore National Laboratory, das diese National Ignition Facility in Kalifornien betreibt. Professor Steven Rose, Co-Direktor des Forschungszentrums für diesen Bereich am Imperial College London sagte:

"Dies ist der bedeutendste Fortschritt in der Trägheitsfusion seit ihren Anfängen im Jahr 1972".

Jeremy Chittenden, Co-Direktor desselben Zentrums in London, bremst jedoch ein wenig die Euphorie:

"Die Umwandlung dieses Konzepts in eine erneuerbare Stromquelle wird wahrscheinlich ein langwieriger Prozess sein, bei dem erhebliche technische Herausforderungen überwunden werden müssen", so Chittenden.

Dennoch äußerten sich Wissenschaftler positiv zu dem Ergebnis der Kalifornier. Plasmaphysiker Stephen Bodner zeigte sich überrascht und gratulierte den Forschern in einem Beitrag der New York Times. Laut Bodner sei das Team dem Ziel der Zündung und der Schwelle zum Energiegewinn nahe genug gekommen, um es als Erfolg zu bezeichnen. Und auch Siegfried Glenzer von der Stanford University, der 2010 selbst bei der NIF Fusionsexperimente leitete, sprach von vielversprechenden Ergebnissen der jüngsten Experimente. In der NIF soll das Experiment bald wiederholt werden, um weitere Daten zu gewinnen und dann die Ergebnisse in einem Fachblatt zu veröffentlichen.

Weltweit größere Beachtung und Förderung findet bis heute die Idee des Tokamak-Prinzips, das bereits 1949 in der UdSSR vom sowjetischen Physiker Oleg Alexandrowitsch Lawrentjew entwickelt und 1952 von Andrei Sacharow und Igor Tamm am Kurtschatow-Institut in Moskau weitergetrieben wurde. So fanden ab den 1950er Jahren erste Experimente statt, die zum sowjetischen T3 von 1962 führten. Die ersten funktionsfähigen Tokamak als ringförmige Fusionsreaktoren in kleinem Maßstab wurden Ende der 1960er Jahre von einem Team unter der Leitung von Lew Andrejewitsch Arzimowitsch entworfen.

Der im Bau weit fortgeschrittene Reaktor ITER, in den riesigen Hallen nordöstlich von Aix-en-Provence in Südfrankreich, soll Energie aus der Verschmelzung von Wasserstoff-Atomen nach diesem Tokamak-Prinzip erzeugen – und damit ebenfalls die Umwandlung von Masse in Energie wie bei der Fusion von Wasserstoff zu Helium in der Sonne imitieren. Dort wird dafür der Wasserstoff auf 150 Millionen Grad Celsius erhitzt und das so entstehende heiße Plasma durch extreme Magnetfelder berührungsfrei in der torusförmigen Brennkammer eingeschlossen. In der Anlage ITER, an der mehr als 30 Länder beteiligt sind, soll nach Möglichkeit 2025 in dem Plasma die erste Fusion gezündet werden. Für 2035 ist dann die Beladung des Reaktors mit Deuterium-Tritium für den Beginn von Versuchen geplant, um Energie mit einem positiven Nettoertrag aus der Kernfusion zu gewinnen, um so geeignete Wege für spätere Fusionskraftwerke zur Stromerzeugung zu erkunden und zu eröffnen.

Die Kernfusion wird von einigen Wissenschaftlern als potenzielle Energiequelle der Zukunft angesehen, insbesondere weil eine solche Energiebereitstellung emissionsfrei arbeitet, also auch auf der Erde keinerlei zusätzliches CO₂ ausstoßen würde.

Mehr zum ThemaPläne für grüne Kernenergie: China will erstes "sauberes" kommerzielles Atomkraftwerk bauen

Sehr geehrte RT DE-Leser,

wir sind auf einen neuen Dienst für die Kommentarfunktion umgestiegen.

Da wir die Privatsphäre unserer Leser respektieren und Ihre Daten nicht an eine Drittplattform übermitteln werden, müssen Sie sich erneut registrieren. Wir entschuldigen uns für die Unannehmlichkeit und hoffen, dass sie sich weiterhin mittels der Kommentarfunktion über aktuelle Themen austauschen und informieren können.

Mit freundlichen Grüßen

Ihre RT DE-Redaktion