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Fusionsrekord: „Rund zehnmal mehr Energie als zuvor“

© CC0 / mhollaen / PixabayAtomkraft (Symbolbild)
Atomkraft (Symbolbild) - SNA, 1920, 20.08.2021
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Die Welt ist so nah wie noch nie am Kernfusionskraftwerk. Jedenfalls steht sie seit einem Experiment aus dem August nur noch knapp vor der Zündung. Das Ereignis wird auch gebührend gefeiert. Allerdings geht es in der Versuchsanlage allem Anschein nach eher um die Modernisierung von US-Atomwaffen als um zivile Nutzung.
Kernfusion funktioniert. Das zeigt jeden Tag die Sonne, wo hauptsächlich Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Bei der Entstehung des schwereren Heliums wird Bindungsenergie frei, die die Sonne abstrahlt. Auch auf der Erde wird es seit Jahrzehnten versucht, diesen Mechanismus für Fusionskraftwerke nutzbar zu machen. Allerdings geht bisher mehr Energie für die Erzeugung des sogenannten Plasmas verloren, als dann freigesetzt wird. Es kommt nie so recht zur Zündung, zu dem Zeitpunkt, ab dem die Reaktion sich selbst unterhält und von außen keine weitere Energie zugeführt werden muss.
Dieser Zündung sind am 8. August US-Forscher von der National Ignition Facility (NIF) so nah gekommen wie noch nie zuvor. Sie konnten ein Mehr an Energie von insgesamt 1,3 Megajoule herausholen. Dabei richteten sie einen Laser auf eine zwei Millimeter große Kapsel, die mit den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium gefüllt und in einem Metallzylinder steckt. Insgesamt 96 Laserstrahlen trafen die Kapsel und ließen ihre Außenseite verdampfen. Der Inhalt wurde zum Zentrum beschleunigt und das Gemisch verschmolz dort. Das entstehende Helium lieferte die Energie für weitere Verschmelzungen, bis das Gemisch wieder auseinanderflog.
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Zehnmal mehr Energie durch Fusion

„Dies ist ein Meilenstein in der Fusionsforschung mit Lasern und wird die weitere Forschung zur Nutzung der Fusion zur Energiegewinnung stark beflügeln“, so Markus Roth, Laser- und Plasmaphysiker von der Technischen Universität Darmstadt, der am eingesetzten Laser mitgearbeitet hatte. „Bei allen Versuchen in der Vergangenheit verhinderten Instabilitäten oder eine Asymmetrie im Strahlungsfeld eine Zündung. Die großartigen Fortschritte der letzten Jahre im Verständnis der Laser-Plasma-Wechselwirkung gipfelten in dem Experiment am 8. August am Lawrence Livermore National Laboratory, bei dem rund zehnmal mehr Energie durch die Fusion erzeugt wurde als in den bisherigen Experimenten.“ Roth sieht im Experiment von NIF einen „break-even“. Es sei dort so viel Fusionsenergie entstanden, wie zuvor Laserenergie aufgewendet wurde.

Für zivile Nutzung oder Kernwaffen?

Das Verfahren, mit dem am NIF Kernfusion betrieben wird, nennt sich Trägheitsfusion. Dabei läuft in extrem kleiner Form das ab, was auch bei der Zündung einer Wasserstoffbombe abläuft. Deswegen ist in derselben Pressemitteilung kaum die Rede von Energieerträgen, sondern in erster Linie von der „Modernisierung unserer Nuklearwaffen und deren Produktion“. Die Experimente sollen schließlich in erster Linie der Simulation Kernwaffenexplosionen dienen. Zivile Nutzung wird von Kritikern nur als vorgeschobener Grund angesehen, um diese Forschung zu finanzieren.
Wie die Verbrennung der Kapsel schon zeigt, geht es hier grundsätzlich um kurze Fusionsphasen und keinen kontinuierlichen Betrieb, wie er etwa in Tokamak-Reaktoren stattfinden soll. In letzteren wird eine weit größere Menge der Wasserstoffisotope von Magneten in einem Gefäß beschleunigt. Wenn die Zündung gelingt, soll dort die Kernfusion im Dauerbetrieb ablaufen können. Der größte Tokamak-Forschungsreaktor wird derzeit in Südfrankreich zusammengebaut und stellt ein internationales Mega-Projekt dar.
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