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Fusionsforschung: Rekord-Laser nährt Zuversicht auf Sternen-Energie

Die Energie-Hoffnungen ruhen auf einem Laser in Kalifornien. Das Gerät soll Hitze wie auf der Sonne erzeugen - und einen Menschheitstraum wahr werden lassen: Atomkerne verschmelzen. Erste Experimente verliefen erfolgreich.

Fusionsreaktion (Zeichnung): Bis auf 3,3 Millionen Grad Celsius erhitzt Zur Großansicht
LLNL / LLC

Fusionsreaktion (Zeichnung): Bis auf 3,3 Millionen Grad Celsius erhitzt

In einer zehn Meter großen Aluminiumkammer in Kalifornien könnte das Energieproblem der Menschheit gelöst werden. In dem Wundergerät am Lawrence Livermore National Laboratory versuchen Wissenschaftler einen geradezu magischen Prozess nachzubilden: Ein Hochleistungslaser schafft dort Bedingungen wie auf der Sonne und lässt die Kerne von Wasserstoffatomen verschmelzen - so die Hoffnung.

Nun berichten Forscher von ersten Erfolgen auf dem Weg zur Erfüllung des Menschheitstraums von nahezu unbegrenzten Energieressourcen. Mit dem Laser der National Ignition Facility NIF sei es gelungen, die Energie von einer Millionen Joule zu entfachen. Das entspricht zwar gerade dem Gehalt von ein paar Mahlzeiten. Aber es ist 30-mal mehr, als mit Lasern bislang möglich gewesen wäre, berichtet die US-Behörde für Nationale Nukleare Sicherheit.

Der Clou dabei ist, dass die Energie für den Bruchteil einer Sekunde auf einen winzigen Punkt konzentriert wird. Für diese Periode sei es gelungen, das 500-fache des durchschnittlichen Energieaufkommens der USA zu erzeugen. Noch in diesem Jahr wolle man mit dem Laser das Ziel von 1,8 Millionen Joule erreichen.

Enorme Hitze von vielen Millionen Grad Celsius ist nötig, um die ersehnte Kernfusion in Gang zu setzen. Dann überwinden Wasserstoffatome ihre abstoßenden Kräfte, sie verschmelzen zu Helium. Überschüssige Masse wandelt sich dabei in Energie. Gelänge es, diesen Prozess in Gang zu halten, könnte der weltweite Energiebedarf weitgehend gestillt werden, so die Hoffnung.

Um sie zu verwirklichen, haben die USA 3,5 Milliarden Dollar und fast 20 Jahre Planung in die NIF-Anlage gesteckt. "Wir können jetzt hier auf der Erde unsere eigene Sonne erschaffen", jubelte Kaliforniens Gouverneur Arnold Schwarzenegger bei der Einweihung der Anlage im Mai 2009.

Es entsteht ein Mini-Stern

Computersimulationen haben den Ablauf bereits durchgespielt: Der Riesenlaser fokussiert das Licht von 192 Strahlen auf eine Kapsel mit Wasserstoff von der Größe eines Weizenkorns, die im Zentrum einer fingerhutkleinen Kammer liegt. Unter der Hitze entsteht Röntgenstrahlung, die Kapsel explodiert. Die Explosion zerquetscht Wasserstoffteilchen, ein Plasma wie in der Sonne entsteht, das 100-mal dichter ist als Blei. Der Wasserstoff verschmilzt - für einen Augenblick entsteht ein Mini-Stern.

Erste Schritte seien nun geglückt, berichten nun Forscher vom Lawrence Livermore National Laboratory und anderer Institute. Bis auf 3,3 Millionen Grad hätte der Laser die Kapsel erhitzt, schreiben die Experten in zwei Studien im Wissenschaftsblatt "Science". Für die angestrebte Kernfusion wären allerdings mindestens dreimal so hohe Temperaturen nötig.

Weitere Hürden konnten genommen werden. Befürchtet worden war, dass viel Energie des Lasers verloren gehe, bevor sie auf die Kapsel treffe. Die Verluste seien jedoch gering, berichten die Wissenschaftler. Das Experiment verlaufe "besser als erwartet", sagt Siegfried Glenzer vom Lawrence Livermore National Laboratory.

Weitaus schwierigere Schritte stehen allerdings bevor. Schließlich muss die Energie aufrechterhalten werden, um stete Kernfusionen zu erzeugen. Wissenschaftler der Columbia University in New York sind diesem Ziel näher gekommen. Sie hätten gezeigt, dass starke Magnetfelder ebenfalls geeignet wären, Plasma auf mehrere Millionen Grad zu erhitzen und somit Bedingungen für die Kernfusion zu schaffen, berichten die Forscher um Michael Mauel von der Columbia University in "Nature Physics".

Die größeren Hoffnungen ruhen jedoch auf dem Laser, denn das Gerät müsste im Gegensatz zum Magnetfeld die Fusionsenergie nicht dauerhaft erreichen - stete Zündungen reichten aus. Allerdings wären wohl zehn Laserschüsse pro Sekunde nötig. Bislang benötigt die Anlage pro Schuss noch stundenlangen Vorlauf. Die nächsten Versuche sind für Mai geplant.

boj

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NIF: Eine Mini-Sonne auf Erden

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