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Energiegewinnung: Forscher finden Hinweise für Kernfusion im Reagenzglas

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Funktioniert die umstrittene kalte Fusion doch? Forscher haben jetzt Hinweise dafür gefunden, dass Wasserstoffkerne bei Zimmertemperatur zu Helium verschmelzen können. Allerdings könnte auch ein ganz anderes Phänomen hinter den Beobachtungen stecken.

Salt Lake City gilt nicht gerade als gutes Pflaster für Sensationsmeldungen aus der Kernphysik. Aus der Hauptstadt des US-Bundesstaats Utah kam im März 1989 die Nachricht, dass den beiden Elektrochemikern Martin Fleischmann und Stanley Pons die Kernfusion im Reagenzglas geglückt sei. Und zwar nicht unter den extremen Bedingungen eines Plasmas, sondern bei Zimmertemperatur. Eine unerschöpfliche Energiequelle schien sich aufgetan zu haben: die kontrollierbare Kernfusion ohne riesigen Reaktor.

In den Folgejahren versuchten Forscher in Laboren weltweit, das Experiment zu wiederholen - allerdings ohne Erfolg. Fleischmann und Pons gerieten in Misskredit; viele Forscher glauben mittlerweile, dass die sogenannte kalte Fusion nichts anderes ist als ein Phantom.

20 Jahre nach dem aufsehenerregenden Vortrag behaupten nun Forscher am gleichen Ort, neue Indizien für die kalte Fusion gefunden zu haben. "Unseres Wissens handelt es sich um den ersten wissenschaftlichen Beleg für die Produktion schneller Neutronen in einem Experiment zur kalten Fusion", sagte Pamela Mosier-Boss auf dem Treffen der American Chemical Society in Salt Lake City. Mosier-Boss arbeitet im Space and Naval Warfare Systems Center (SPAWAR) in San Diego - ein Forschungslabor der US-Marine.

Bei der kalten Fusion verschmelzen ein Deuterium- und ein Tritium-Kern zu einem Helium-Kern. Die Kernfusion setzt extrem viel Energie frei: Die Sonne bezieht aus solchen Reaktionen die gigantischen Energiemengen, mit der sie permanent das Sonnensystem bestrahlt. Neben dem Heliumkern entsteht noch ein Neutron, das eine Energie von 14 Megaelektronenvolt (MeV) besitzt und deshalb als schnelles Neutron bezeichnet wird.

Elektroden in schwerem Wasser

In ihrem Experiment haben Mosier-Boss und ihre Kollegen zwei Elektroden in eine Lösung aus schwerem Wasser und Palladiumchlorid gelegt - ganz ähnlich wie Fleischmann und Pons vor 20 Jahren. Dann legten die Wissenschaftler eine Spannung an, ein Stromfluss war die Folge. Dieser soll dann mehrere Kernreaktionen ausgelöst haben, so die Forscher.

Kernfusion - die Energiequelle der Zukunft?
Physik
REUTERS/NASA
Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung zweier Atomkerne zu einem schweren Kern. Abhängig von der Art der Elemente werden bei diesem Prozess ungeheure Mengen an Energie frei - zu besichtigen etwa bei der Sonne. Im Innern von Sternen herrscht derart großer Druck und eine entsprechend hohe Temperatur, dass Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Die praktische Nutzung des Effekts zur Energiegewinnung auf der Erde ist schwierig - wegen der immens hohen Temperaturen des Plasmas.
Militärische Nutzung
AP
Die einzige Nutzung der Kernfusion, die Menschen bisher zustande gebracht haben, ist die militärische: Nur in Wasserstoffbomben konnten Atomkerne im größeren Maßstab zur Fusion gebracht werden. Ihre Wirkung ist bei weitem stärker als die von Kernspaltungsbomben wie der Hiroshima- oder der Nagasaki-Bombe. Der größte jemals gezündete Nuklearsprengsatz war die russische "Zar"-Wasserstoffbombe. Mit einer geschätzten Sprengkraft von 50 bis 60 Megatonnen TNT war sie fast 4000-mal stärker als die Hiroshima-Bombe, deren Sprengkraft bei 13 bis 15 Kilotonnen TNT lag.
Nutzung als Energiequelle
DER SPIEGEL
Die Nutzung der Kernfusion als Energiequelle gilt als technisch äußerst ehrgeizig. Viele Experten bezweifeln gar, dass sie jemals möglich sein wird. Am aussichtsreichsten gilt die Fusion auf Basis des schweren Wasserstoff-Isotops Deuterium: Verschmelzen Deuterium- zu Helium-Kernen, wird dabei relativ zur eingesetzten Masse mehrere Millionen Mal mehr Energie frei als bei der Verbrennung fossiler Stoffe. Allerdings muss das Deuteriumgas dafür extrem verdichtet und auf rund 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden - was einen enormen Energieeinsatz voraussetzt. Ein weiteres Problem ist, das heiße Gas an Ort und Stelle zu halten. Forscher erhoffen sich dies von elektrischen und magnetischen Feldern.

Sollten diese Hürden eines Tages genommen werden, sind die Verheißungen groß: Fusionskraftwerke wären Studien zufolge weit weniger gefährlich als die bisherigen auf Kernspaltung basierenden Kraftwerke und würden kaum strahlende Abfälle verursachen.

Einen direkten Nachweis für die Entstehung von Helium haben Mosier-Boss und ihre Kollegen nicht - aber einen indirekten. Die schnellen Neutronen mit einer Energie von 14 MeV sollen nämlich anschließend in einem Kunststoff, der als Neutronendetektor diente, mehrere Kohlenstoffatome zerschlagen haben. Das Ergebnis: drei Heliumkerne pro Neutron.

"Diese Heliumkerne sind elektrisch geladen und zerstören auf ihrem Weg durch die Kunststofffolie Moleküle", sagt Hans-Stephan Bosch vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Wenn man die Folie in Natronlauge lege, könne man anschließend unter dem Mikroskop die Löcher zählen.

"Eine sehr ordentliche Arbeit"

Genau das haben auch die Wissenschaftler der US-Marine getan und dabei mehrmals verdächtige Spuren entdeckt: drei eng beieinander beginnende Kanäle, die auseinanderlaufen. Genau ein solches Bild würde man auch erwarten, wenn ein schnelles Neutron einen Kohlenstoffkern zerschlägt. "Leute haben uns oft gefragt: Wo sind die Neutronen?", sagte Mosier-Boss. Bei einer Fusion müssten sie ja freigesetzt werden. "Jetzt haben wir Belege dafür, dass Neutronen bei der Reaktion präsent sind." Als weitere Indizien für eine Kernreaktion nannten die Forscher Röntgenstrahlen und einen Wärmeüberschuss. Über eine solche Erwärmung hatten vor einem Jahr auch japanische Forscher berichtet.

"Im Vergleich zu anderen Papieren auf diesem Gebiet ist das eine sehr ordentliche Arbeit", sagte der Greifswalder Fusionsexperte Bosch im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Der Nachweis schneller Neutronen mit der Folie sei üblich und werde auch bei der Trägheitsfusion angewandt, einer Mini-Kernfusion, an der Wissenschaftler im Los Alamos National Laboratory der US-Regierung arbeiten.

Laut Bosch müssen Neutronen eine Energie von mindestens 9 MeV haben, um ein Kohlenstoffatom zu zerschlagen. "Eine so hohe Energie kann nur aus kernphysikalischen Prozessen kommen, entweder einer Fusion oder einer Spaltung." Dies spreche dafür, dass tatsächlich eine Fusion stattgefunden habe.

Es bleiben Zweifel

Trotzdem hat der Kernphysiker Zweifel: "Die beobachteten Spuren können auch auf Teilchen aus der kosmischen Strahlung zurückgehen." Deren Spuren könnten sich auch so überlappen, wie die US-Forscher sie beobachtet haben. "Man müsste das genauer untersuchen und die Wahrscheinlichkeiten abschätzen", sagt Bosch.

Paul Padley, Physiker von der Rice University, vermisst eine theoretisch fundierte Erklärung dafür, warum eine Fusion bei Zimmertemperatur überhaupt stattfinden kann. "In der Analyse des Experiments werden außerdem andere Neutronenquellen nicht ausgeschlossen", sagte er. Steven Krivit, Chefredakteur des Fachblatts "New Energy Times", stufte die neue Studie als wertvoll ein. Die Neutronen könnten bei einer Fusion, aber auch bei einem anderen, bisher unbekannten Prozess entstanden sein.

Ob eine kalte Fusion möglich ist, kann also derzeit niemand mit Gewissheit sagen. Die Navy-Forscher haben in Salt Lake City zudem darauf verwiesen, dass sie nicht wissen, ob sich mit ihrem Versuchsaufbau jemals Energie erzeugen lässt und ob er jemals über das Laborstadium hinaus entwickelt werden kann.

"Generell glaube ich nicht an kalte Fusion", meint Max-Planck-Experte Bosch und steht damit nicht allein unter Kernphysikern. An seinem Institut in Greifswald wird gerade "Wendelstein 7-X" aufgebaut - ein Kernfusionsexperiment, das auch Tests für einen noch größeren Reaktor beinhaltet. Der heißt "Iter" und wird in Südfrankreich errichtet. In dem 20.000 Tonnen schweren Koloss soll eines Tages das Sonnenfeuer gezündet werden. Mit Versuchen bei Zimmertemperatur haben sowohl "Wendelstein" als auch "Iter" nichts gemein. Das extrem heiße Plasma im Innern der Reaktoren soll mit gigantischen elektromagnetischen Feldern in der Schwebe gehalten werden.

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Forum - Funktioniert die kalte Kernfusion?
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1.
werst, 26.03.2009
Zitat von sysopUS-Forscher behaupten, dass sie neue Inizien gefunden hätten, um den Erfolg eines 20 Jahre alten Experiments zu belegen. Ist zu hoffen, dass die kalte Kerfusion in Zukunft unsere Energieprobleme lösen kann?
Zu hoffen, sicherlich... Prof. Taleyarkhan + Adepten bleiben am Ball bzw. »Bläschen«...
2. Und wenn ja..., was kostet sie?
larsmach 26.03.2009
Hocheffiziente Methoden zur Umwandlung von A in B sind stets eine Sache, deren Kosten eine andere. Am Ende muss jede Technologie sich daran messen lassen, auch außerhalb staatlicher Subventionen international vermarktbar zu sein.
3.
LurchiD 26.03.2009
Zitat von sysopUS-Forscher behaupten, dass sie neue Inizien gefunden hätten, um den Erfolg eines 20 Jahre alten Experiments zu belegen. Ist zu hoffen, dass die kalte Kerfusion in Zukunft unsere Energieprobleme lösen kann?
Nachdem bereits die frühneuzeitlichen Alchimisten durch die Synthetisierung von Gold die damaligen finanziellen Probleme zur Zufriedenheit aller gelöst hatten, werden ihre modernen Nachfahren, die US-Forscher (früher hießen sie noch amerikanische Forscher) mit der kalten Kerfusion unsere Energieprobleme lösen, und zwar endgültig, davon bin ich felsenfest überzeugt.
4. Kalte Füße
sonnenfluesterer 26.03.2009
Also ich krieg nur kalte Füße beim lesen der "Ergebnisse". Wir machen erst mal weiter wie bisher mit unserer Photovoltaik. Auch wenn ich sie im Detail nicht erklären kann. Hauptsache es kommt Strom raus...
5. Rezept
coriolanus, 26.03.2009
Zitat von sysopUS-Forscher behaupten, dass sie neue Inizien gefunden hätten, um den Erfolg eines 20 Jahre alten Experiments zu belegen. Ist zu hoffen, dass die kalte Kerfusion in Zukunft unsere Energieprobleme lösen kann?
Schön, man nehme ein Zahnputzglas, fülle es mit etwas schwerem Wasser, gebe einen Spritzer Palliumchlorid hinzu, zünde darinnen zwei Elektroden und schon ist im Bad für herrliche Wärme gesorgt.
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