AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 45/2009

Energie "Disneyland für Physiker"

Mit einem Riesenlaser wollen US-Forscher Bedingungen erzeugen, wie sie im Zentrum der Sonne herrschen. Ihr Ziel: saubere Energie im Überfluss.

Lawrence Livermore National Laboratory

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Die Wucht der Implosion ist enorm. Auf die hundertfache Dichte von Blei werden die Wasserstoffatome zusammengepresst. In Sekundenbruchteilen erreicht das wabernde Plasma 100 Millionen Grad Celsius - heißer als im Zentrum der Sonne.

Dann verschmilzt Wasserstoff mit Wasserstoff. Bei der Fusion entsteht das Element Helium, der überschüssige Masseanteil wird in Energie umgewandelt; ganz so, wie es Albert Einstein mit seiner berühmten Formel E=mc2 beschrieben hat.

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Super-Laser: "Disneyland für Physiker"
Unkontrolliert läuft der Vorgang in Wasserstoffbomben und in der Sonne ab. Ist das Höllenfeuer zu bändigen? In den USA steht eine 3,5 Milliarden Dollar teure Anlage, die genau dafür gebaut wurde: In der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien versuchen sich Experten an der kontrollierten Fusion im Labor. Gelingt sie, könnte das Energieproblem der Menschheit für alle Zeit gelöst sein.

"Bringing Star Power to Earth" lautet der Slogan der NIF: Die Forscher versprechen die Sonne vom Himmel herunter. Damit das funktioniert, haben sie die stärkste Laser-Kanone aller Zeiten in Anschlag gebracht. Für ein paar milliardstel Sekunden haben ihre Strahlen eine Leistung von 500 Terawatt; das ist mehr als alle Kraftwerke der USA zusammen.

"Unerschöpfliche, klimaneutrale Energiequelle"

Ed Moses, verantwortlich für den Betrieb des erstaunlichen Bauwerks, vergleicht die Bedeutung der NIF mit jener der Mondlandung, der Konstruktion der Atombombe oder der Erfindung des Flugzeugs. "Wenn die Laser-Fusion funktioniert, haben wir eine unerschöpfliche, klimaneutrale Energiequelle, die auf der ganzen Welt gleichermaßen verfügbar ist", sagt der NIF-Chef, "was will man mehr - diese Technologie wird alles verändern." Auch Mike Dunne vom britischen Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire schwärmt: "Ich habe selbst noch kaum realisiert, wie aufregend die Zeiten sind; nach jahrzehntelanger Forschung können wir der Welt nun bald zeigen, dass kontrollierte Laser-Fusion tatsächlich möglich ist."

Im Februar feuerte der amerikanische Riesenlaser zum ersten Mal. Seither schießen sich die kalifornischen Ingenieure warm. "Die Ergebnisse der ersten Experimente sind sehr vielversprechend", sagt Operationschef Bruno Van Wonterghem. Der Forscher trägt Haarnetz, Sicherheitshelm und Schutzbrille. Staub ist der Todfeind des größten optischen Geräts der Welt. Auf Klebmatten vor den Türen bleibt der letzte Dreck haften. Dann geht es in die Laser-Halle der NIF.

"Disneyland für Physiker" nennt Van Wonterghem das, was er nun präsentieren kann. Ausgangspunkt der Extrem-Lichtshow ist ein schwacher, nur Nanosekunden langer Laser-Impuls. Er wird in 192 Strahlen geteilt, die anschließend durch ein ausgefuchstes Labyrinth flexibler Spiegel und optischer Schalter jagen. Derweil werden 7680 starke Blitzlichter ausgelöst, gespeist von 24.000-Volt-Kondensatoren. Sie pumpen Photonen in die vorbeirasenden Lichtimpulse; insgesamt werden diese um den Faktor eine Billiarde verstärkt.

Laser erzeugen Mini-Sonne

Eine ganze Halle, groß wie eine Kathedrale, ist notwendig, um das Laser-Licht mit insgesamt 1,8 Megajoule Energie zu füttern. Das ist zwar an sich etwa nur der Energiegehalt von ein paar Brötchen. Der Trick besteht jedoch darin, diese Energie für extrem kurze Zeit auf eine extrem winzige Fläche zu fokussieren.

Van Wonterghem betritt nun das Allerheiligste der NIF. In der Mitte des Raums thront eine etwa zehn Meter messende, metallisch schimmernde Kugel, die wirkt wie ein Raumschiff in Parkposition. "Das ist die Zielkammer", sagt der Forscher fast ehrfürchtig. Seit 17 Jahren tüftelt er an der Maschine. Ergriffen ist er immer noch.

Dies ist der Ort, an dem die Fusion geschehen soll. Hier laufen die 192 Laser-Strahlen zusammen. Ihre Energie wird auf das eine winzige Ziel gelenkt: eine kaum pfefferkorngroße Kapsel mit extrem kaltem Wasserstoff, die an einem Roboterarm in der Mitte der Kugel schwebt.

Ähnlich wie der Treibstoff in einem Dieselmotor - indes mit ungleich größerer Gewalt - wird der Wasserstoff mit Hilfe der Laser-Energie verdichtet. Schließlich zündet er von selbst. Gelingt das Experiment, entsteht für den Bruchteil einer Sekunde eine winzige Mini-Sonne - die aber sofort wieder verglüht (siehe Grafik).

"Wir erschaffen genau jene Bedingungen, die im Zentrum von Sternen herrschen", schwärmt Van Wonterghem. Auch Atomexplosionen ließen sich "in winzigem Maßstab" nachstellen. Tatsächlich wurde die NIF von der Nationalen Atomsicherheitsbehörde bezahlt. Das Militär erhofft sich neue Erkenntnisse über die Einsatzbereitschaft des US-Atombombenarsenals.

"Wir werden eine Supernova simulieren"

Und auch Astrophysiker dürften von der Anlage begeistert sein. "Bereits in den nächsten Monaten werden wir eine Supernova simulieren", sagt Moses. Statt nur in den Himmel zu blicken, könnten Forscher das Entstehen und Vergehen von Sternen und sogar von Planeten künftig an der NIF simulieren, schwärmt der Laser-Experte: "Wenn ein Wissenschaftler kommt und sagt, ,ich möchte gern am 22. April um 17 Uhr das Sterben eines Exoplaneten analysieren', dann können wir das anbieten."

Vor allem aber wollen die Experten die Grundlage für künftige Fusionskraftwerke schaffen. Bei der Fusion werden Neutronen frei. Ihre Bewegungsenergie kann - wie in Atomkraftwerken - in Wärme und dann in Strom umgewandelt werden.

Die Ausbeute ist enorm: Der Prozess kann theoretisch bis zu hundertmal mehr Energie liefern, als er verbraucht. Und auch an Rohstoff mangelt es nicht. Als wichtigster Fusionstreibstoff wird das Wasserstoff-Isotop Deuterium eingesetzt. Es kann aus Meerwasser gewonnen werden, das es überall gibt.

Doch der Weg zum Kraftwerk ist weit. Etwa sechs Stunden dauert heute die Anlaufzeit für einen einzigen Laser-Schuss. Um mit einer Fusionsanlage tatsächlich Energie zu gewinnen, müsste der Laser jedoch zehnmal pro Sekunde feuern. "Pop, pop, pop, pop - wie ein Motor mit 600 Umdrehungen pro Minute", erläutert Moses.

Ist das machbar? "Ich sehe keine grundsätzlichen Probleme", sagt der NIF-Chef. Laser mit derlei hoher Frequenz seien bereits entwickelt. Auch die winzigen, mit Wasserstoff gefüllten Zielkapseln ließen sich mit einer Art Hightech-Blasrohr blitzschnell in Position schießen.

Skeptiker warnen vor zu großen Erwartungen

Andere Forscher warnen allerdings vor überzogenen Erwartungen. Längst sei noch nicht genug darüber bekannt, wie sich Materialien unter den extremen Bedingungen der Fusion verhielten. Zudem habe bislang niemand Erfahrungen mit derart starken Lasern gesammelt. "Wir brauchen mehr als ein Wunder, damit die erste Fusionsreaktion tatsächlich so schnell gezündet werden kann", sagt der Nuklearforscher David Hammer von der Cornell University in Ithaca, New York.

Und die Fusion zu starten ist noch gar nicht mal das Schwierigste. Für europäische Physiker ist das sogar schon Routine; in ihren Testanlagen setzen sie statt Lasern Radiowellenkanonen ein, um Wasserstoffkerne zu verschmelzen.

Das Hauptproblem besteht jedoch darin, den Fusionsprozess am Laufen zu halten. Mit aufwendigen Magnetkäfigen wird in Europa versucht, das flüchtige Fusionsplasma einzusperren. Die im französischen Cadarache im Bau befindliche Iter-Anlage soll so funktionieren.

Doch NIF-Chef Moses lässt sich nicht beirren. Anders als bei der Magnetfusion müsste der Prozess in einem Laser-Fusionskraftwerk nicht dauerhaft erhalten werden. Stattdessen würde - ähnlich wie in einem Verbrennungsmotor - eine winzige Zündung der nächsten folgen. Das sei ungleich einfacher.

Sollte es also tatsächlich gelingen, schon in wenigen Jahren saubere Energie im Überfluss zu produzieren? Die ersten Wasserstoffatome, so hofft Moses, sollen bereits im kommenden Jahr am NIF unter Lichtbeschuss geraten. Auch Frankreich, Japan und China bauen bereits an vergleichbaren Lasern. Die EU unterstützt zudem das europäische Projekt HiPER (High Power Laser Energy Research Facility), eine Art Nachfolgemodell der NIF. Die Konstruktion der Anlage soll 2014 beginnen.

"Die Frage ist nicht mehr, ob so etwas möglich ist, sondern, ob es billig genug möglich ist", glaubt Moses. Dass der Menschheitstraum der unerschöpflichen Energie wahr wird, daran zweifelt er nicht.

"Können Sie sich vorstellen, mit weniger als einem Tropfen Wasser 100 Kilometer weit mit Ihrem Auto zu fahren?", fragt der Wissenschaftler: "Genau das wird mit Fusionsenergie möglich; es ist eine unglaubliche Idee."



Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 99 Beiträge
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Seite 1
frubi 04.11.2009
1. .
Zitat von sysopMit einem Riesenlaser wollen US-Forscher Bedingungen erzeugen, wie sie im Zentrum der Sonne herrschen. Ihr Ziel: saubere Energie im Überfluss. http://www.spiegel.de/spiegel/0,1518,658812,00.html
Die Öllobby wird das ganze sowieso irgendwie verzögern. An dieser "unendlichen Energie" wird doch kaum einer richtig was verdienen können und darum geht es doch. Profit. Wir brauchen gar nicht erst mit dem träumen anzufangen. Energie wird den Endverbraucher immer ordentlich was kosten. Für unsere Umwelt wäre das natürlich super.
Websingularität 04.11.2009
2. Darauf bin ich mal gespannt
Die Hoffnung stirbt zuletzt.
Colorful, 04.11.2009
3. Gut durch...
Mal wieder die Trägheitsfusion und immer das gleiche Spiel. Versuch im Kleinen, Ergebnisse hochskalieren, Forschungsgelder kassieren und Monsteranlagen aufbauen. Aber vielleicht klappts ja dieses Mal....
Michael Giertz, 04.11.2009
4. "Impulsfusionsreaktor"
Zitat von sysopMit einem Riesenlaser wollen US-Forscher Bedingungen erzeugen, wie sie im Zentrum der Sonne herrschen. Ihr Ziel: saubere Energie im Überfluss. http://www.spiegel.de/spiegel/0,1518,658812,00.html
Ein sehr interessanter Ansatz: statt eine stabile Kernfusion einzusetzen, wird eine Art "Verbrennungsmotor" konstruiert, zumindest sind die Arbeitsschritte sehr ähnlich: Treibstoff ansaugen, verdichten, zünden, Abgas ausstoßen, neuen Treibstoff ansaugen, verdichten, zünden, Abgas ausstoßen usw usf Der Vorteil hier wäre, dass keine stabile Kernfusion in Gang gesetzt werden muss, welche zudem nicht rechtzeitig gelöscht werden kann, sollte es zu einer Havarie kommen, sprich, die Fusionskammer wird stark beschädigt. Eine instabile, immer wieder neugezündete Kernfusion wie im Artikel beschrieben würde jedoch sofort nicht wieder neu gezündet werden, wenn aus irgendwelchen Gründen eine Havarie passiert, überdies ist die Energieausbeute direkt steuerbar. Ich glaube zwar nicht, dass in den nächsten paar Jahren "Impulsfusionsreaktoren" (wenn sich diese Bezeichnung durchsetzt) großflächig an's Netz gehen, aber sollten die Versuche von Erfolg gekrönt werden, ist dies ein Ansatz für die Lösung unserer Energieprobleme.
JDragon 04.11.2009
5. "Saubere Energie"
Die Mär von der sauberen Energie ist leider doch nur eine ebensolche. Zwar droht bei der Fusion kein GAU, aber die Umhüllung des Reaktors wird trotzdem radioaktiv verstrahlt und muss regelmäßig ausgetauscht werden. Hier werden Mengen an Atommüll anfallen, die quantitativ durchaus mit denen von Spaltreaktoren vergleichbar sind. Außerdem bringt die Fusionsenergie auch Probleme im Bereich der nuklearen Proliferation mit sich. Um einer Plutoniumbombe die drei- bis vierfache Sprengkraft zu verpassen, reichen wenige Gramm Tritium als Booster. Bei Fusionsreaktoren in industrieller Größenordnung werden jährlich Tritium-Mengen im 100-Kilo-Bereich produziert!
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