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KERNFUSION »Nichts paßt zusammen«

Kein Tag mehr ohne Bestätigung oder Dementi: Die Behauptung der Elektrochemiker Pons und Fleischmann, ihnen sei eine »kalte Fusion« im Reagenzglas geglückt, führte weltweit zu einem Wettstreit der Labore. Phantom oder billige Energiequelle für alle Zukunft? Die Wetten standen letzte Woche eins zu eins.
aus DER SPIEGEL 17/1989

Ronald Parker, Physiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT), verlangte Beweise, als gelte es ein Kapitalverbrechen aufzuklären: Eine »Autopsie« müsse gemacht werden, die Täter sollten gefälligst »die Tatwaffe« vorweisen, am besten einen »rauchenden Colt«.

Das starke, der Kriminalistik entlehnte Vokabular spiegelte die Aufregung einer ganzen Zunft wider. Eine Mischung aus Hoffnung und Skepsis, Profitgier und Verunsicherung quälte die Gemeinde der Atomforscher, seit die beiden Elektrochemiker Martin Fleischmann und Stanley Pons am 23. März von einer sensationellen Entdeckung berichtet hatten: Ihnen sei es gelungen, so der Brite Fleischmann und sein US-Kollege Pons auf einer Pressekonferenz in Salt Lake City (US-Staat Utah), in einem Glaskolben Wasserstoff-Atomkerne zu verschmelzen, bei Zimmertemperatur, mit Strom aus einer Autobatterie (SPIEGEL 14/1989).

Umgehend waren Forscher in aller Welt in ihre Labore gestürzt, um das Experiment der »kalten Fusion« nach dem Rezept der Wissenschaftler aus Utah zu wiederholen und zu überprüfen. Philip Ross vom Lawrence Berkeley Laboratory hob die außergewöhnliche Tragweite des Experiments hervor: Sollte sich die Entdeckung der beiden Elektrochemiker bestätigen, »wäre es die bedeutendste Erfindung seit der Nutzbarmachung des Feuers«.

Nahezu täglich riefen Forscher seither zu Pressekonferenzen und enthüllten Details ihrer Versuche. Sosehr überstürzten sich die Ereignisse, daß kein Wissenschaftler sich mehr Zeit nahm, die Veröffentlichung seiner Ergebnisse in den Fachzeitschriften abzuwarten.

Uni-Pressestellen telefaxten Sensationsberichte in die Redaktionen, im Stakkato hämmerten Meldungen über Fernschreib-Ticker, Forscher haspelten Halbsätze vor Mikrophon und Kamera: »Bestätigt«, »Nichts gefunden«, »Indizien, aber keinen Beweis«, »Utah-Versuch erfolgreich wiederholt« - so lauteten die Schlagzeilen einer zum Spektakel verkommenen Wissenschaft.

»Nichts, aber auch nichts, paßt zusammen«, stöhnte der Physiker Robert Conn von der University of California ob der widersprüchlichen Resultate. Handelte es sich bei der in Utah und dann auch anderwärts beobachteten Wärmeproduktion um einen kernphysikalischen oder um einen chemischen Effekt?

Immerhin soviel zeichnete sich Ende letzter Woche ab: Irgendeinen energiespendenden Geist hatten Fleischmann und Pons in ihrem Glaskolben gefangen; die Wetten, daß es sich um die von ihnen beschworene Fusion in der Retorte handelte, standen etwa eins zu eins.

Das Feuer der Sterne, die Urgewalt, die seit Jahrmilliarden die Sonne speist - ein Glimmen dieser kosmischen Macht, so hatten Pons und Fleischmann verkündet, sei von ihnen gleichsam in einem Reagenzglas gezündet worden: In einem Gefäß von den Ausmaßen eines Marmeladenglases mit zwei Edelmetall-Elektroden, die eine aus Platin, die andere aus Palladium, spalteten die Utah-Wissenschaftler sogenanntes Schweres Wasser bei Spannungen von wenigen Volt in seine Bestandteile Schwerer Wasserstoff ("Deuterium") und Sauerstoff.

Dabei beobachteten die Forscher Phänomene, die nach den Regeln der Kernphysik nur bei der Verschmelzung von Atomkernen auftreten können.

So maßen die Elektrochemiker nach eigenem Bekunden energiereiche Strahlung und wiesen die radioaktive Wasserstoffvariante Tritium nach. Sensationell mutete auch die Energieausbeute an, die Fleischmann und Pons angeblich erzielt haben: Nach ihren Berechnungen entwich der mutmaßlichen Glaskolbenfusion bis zu zwölfmal mehr Wärme, als dem Reagenzgefäß in Form von elektrischer Energie zugeführt worden war.

Fleischmann und Pons hatten ihren Kollegen Geduld anempfohlen: »Einige Wochen« brauche jeweils die Reagenzglasfusion, um »Resultate zu zeitigen«. In den vier Wochen seit der Sensationsnachricht köcheln in Hunderten von Universitäts- und Industrielabors, aber auch in den großen Kernforschungszentren wie etwa Cern und Brookhaven die verschiedenartigsten Fusions-Cocktails vor sich hin - mit einstweilen verwirrenden, großenteils sogar widersprüchlichen Ergebnissen:

Forscher des Brookhaven National Laboratory (US-Staat New York) berichteten von gelungenen Fusionsbemühungen, ebenso die Kollegen von der Texas A&M University, der Universität Tokio, der Moskauer Universität, des indischen Indira-Gandhi-Zentrums für Atomforschung sowie der Universität von Debrecen in Ungarn.

Das Georgia Institute of Technology (US-Staat Georgia) meldete zunächst Fusionsvollzug, widerrief aber wenig später mit dem Hinweis auf mögliche Meßfehler.

Am Mittwoch letzter Woche behauptete der Elektrochemiker Klaus Wiesener von der Technischen Universität Dresden, er habe die Utah-Reaktion erfolgreich nachvollzogen. Auch ein Team der Stanford University in Kalifornien meldete eine »bedeutende Bestätigung« für die kalte Fusion. IBM-Wissenschaftler hingegen erklärten am selben Tag das Utah-Experiment zum Flop: Empfindlichere Meßgeräte hätten gezeigt, daß »keine Überschußwärme und keine Fusionsprodukte nachzuweisen« seien.

Am Donnerstag letzter Woche erklärten die Radiochemiker Günter Marx und Waldfried Plieth von der Freien Universität Berlin: Kalte Fusion sei zwar »nicht auszuschließen«, nach ihren Messungen seien die Utah-Ergebnisse aber auch »ohne eine Kernfusion« zu erklären.

Angeheizt wurde die allgemeine Kern-Konfusion noch durch Berichte aus dem Kernforschungszentrum von Frascati nahe Rom: In Italien, erklärte Teamleiter Francesco Scaramuzzi, sei eine »neue Straße zur kalten Fusion« beschritten worden, die vom Utah-Pfad abweiche: Die Frascati-Forscher setzten gasförmigen Schweren Wasserstoff in einem Metallgefäß unter Druck, in dem Titan als Fusions-Helfer wirkte; dabei sei ein wahres Feuerwerk von Atombausteinchen ("Neutronen") beobachtet worden, wie es auftritt, wenn Kerne von Schwerem Wasserstoff zu Heliumkernen verschmelzen. Die Italiener meldeten ihr Verfahren zum Patent an.

Als gewichtigstes Indiz, daß eine Fusion bei Zimmertemperatur möglich sei, gilt Experten eine gründliche, schon seit drei Jahren andauernde Untersuchungsreihe des Physikers Steven Jones von der Brigham Young University in Provo (US-Staat Utah).

In unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft zu den Kollegen Fleischmann und Pons hatte Jones seine Versuche unternommen. Wie seine Nachbarn arbeitete auch Jones mit Schwerem Wasser und schwachem Strom. Akribisch registrierte er alle Spuren, die auf mögliche Wasserstoff-Kernverschmelzungen hindeuten konnten.

Tatsächlich beobachtete der Fusions-Experte verräterische Neutronen - jeweils einige hundert pro Stunde, eine Zahl, die nur Laien gering erscheinen mag: Jedes Neutron mochte eine kalte Kernfusion bedeuten - in einem Sternensystem wie der Milchstraße mit einigen 100 Milliarden Sonnen kommt es, so eine Jones-Berechnung, nur durchschnittlich einmal pro Jahr auf natürliche Weise zu einer solchen Kernverschmelzung.

Sosehr wuchs unterdes die Unsicherheit der Wissenschaftler, daß etwa der Physiker Philip Morrison vom MIT zu bedenken gab, die Glaskolbenphänomene von Utah seien womöglich einer »noch unbekannten Art von Atomkernreaktionen« zuzuschreiben. »Haben wir«, fragte ein anderer Fusions-Experte, »jahrelang eine Tür berannt, die zur anderen Seite hin aufgeht?«

Seit mehr als drei Jahrzehnten bemühen sich Physiker, die Sonnenglut in einem irdischen Ofen zu entfachen. Was im Innern der Sterne mutmaßlich bei Temperaturen von 15 Millionen Grad Celsius und unter unvorstellbaren Drücken abläuft, versuchten die Sonnenlehrlinge in gigantischen Maschinen nachzuahmen. Allein die USA gaben für diese Fusions-Experimente bisher etwa 20 Milliarden Dollar aus; viele Milliarden flossen auch in Europa, Japan und der UdSSR in Fusionsmaschinen.

Nun wabern in kirchturmhohen Reaktoren wie dem europäischen Fusions-Ofen »Jet« im britischen Culham Höllengluten, um die Wasserstoffkerne energiespendend zu vermählen: Bei 100 Millionen Grad Celsius verschmelzen Myriaden von Wasserstoffkorpuskeln - gefangen in unsichtbaren Magnetkäfigen, deren Kraftfelder das glühende Gas in der Schwebe halten und so die Stahlwände der Fusions-Öfen vor dem Zerschmelzen schützen.

Noch immer aber verbrauchen die Fusionsmaschinen weit mehr Energie, als durch die Verschmelzung der Atomkerne in ihrem Innern freigesetzt wird. Bislang ist ungewiß, ob all diese aufwendigen Forschungen jemals zu einem energiespendenden, wirtschaftlich nutzbaren Reaktor führen werden.

Die kalte Fusion, wenn sie sich nicht als Phantom erweist, hat nun die Hoffnung auf eine grenzenlose, dazu noch fast gänzlich gefahrlose Energiequelle neu beflügelt. Von einer »schönen neuen Welt« sprach der Physiker Moshe Gai von der amerikanischen Yale University. Gai, der selbst ein Schwerwasser-Experiment in Gang gesetzt hat, zeigte sich skeptisch, aber auch er hält für denkbar, daß eine kalte Kernverschmelzung möglich sei.

Die derzeit gängigste Hypothese der Atomforscher, die den angeblichen Utah-Erfolg erklären könnte, zielt auf die besonderen Eigenschaften des von den Forschern verwendeten Metalls: In der Palladium-Elektrode des Pons-Fleischmann-Experiments könnten Kerne des Schweren Wasserstoffs (Deuterium) sehr wohl verschmelzen. Die positiven Deuteriumkerne schlüpfen, elektrisch angezogen, in das Atomgitter des Palladiums. Lagern sich nun Myriaden solcher Deuteriumkerne im Metall an, so rücken sie einander immer näher - es ist, als würden sie unter astronomisch hohen Drücken zusammengepreßt.

Dabei könnte die Schwelle ihrer natürlichen Abstoßungskräfte überwunden werden. Deuteriumkerne verschmölzen zu Heliumkernen oder zu Kernen des superschweren Wasserstoffs (Tritium) - bei gleichzeitiger Freisetzung enormer Energien.

Skeptiker hatten gegen das Utah-Experiment eingewendet, bei den behaupteten Verschmelzungsprozessen müßte derartig viel Radioaktivität freigesetzt worden sein, daß die beiden Forscher ihre Versuchsreihe schwerlich überlebt hätten.

Diesem Vorwurf traten letzte Woche Chemiker der University of Utah, Kollegen also von Pons und Fleischmann, mit den Ergebnissen einer neuen Meßreihe entgegen. In den Bechergläsern, so erklärten sie, seien Spuren einer äußerst seltenen Fusionsvariante nachgewiesen worden. Dabei habe sich »Helium 4« gebildet, ein gutartiger Vetter des Edelgases, der alle vier Kernbausteine in sich vereinigt, die beim Verschmelzen zweier Deuteriumkerne zusammenkommen. Bei diesem Vorgang wurde offenbar keine schädliche Strahlung freigesetzt - es entstand gleichsam pure Energie.

David Prichard, Physiker am MIT, warnte indes vor Erklärungsschnellschüssen unter »hohem Druck«. Auch Peter Bond vom Brookhaven National Laboratory warb um Gelassenheit: »Gute Wissenschaft braucht Zeit, Zeit, Zeit.«

Stanley Pons, der sich gemeinsam mit Fleischmann Patentrechte an seiner Entdeckung gesichert hat, kennt keine Muße: »Ich habe mit 60 Leuten geredet, die alle positive Ergebnisse haben« - sprach's und verkündete, er habe gemeinsam mit Kollegen bereits ein Konstruktionsmodell für kleine Fusionskraftwerke entworfen.

Aufhorchen ließ unterdes die Runde der Eingeweihten eine ganz andere Nachricht: Peter Hagelstein, 34, Physiker am MIT und branchenbekannt als genialer Wissenschaftler, habe sich in den Fusions-Rummel eingemischt. Als 24jähriger hatte Hagelstein das Rezept für einen atombombengespeisten Laser entdeckt; die Idee wurde als »Röntgen-Laser« für Reagans SDI-Projekt aufgegriffen, eine Anwendung, von der sich Hagelstein angewidert fernhielt.

»Professor Hagelstein«, meldete das MIT, habe für die energiespendende kalte Fusion ein Erklärungsmodell gefunden, das auf »verwickelten Formeln« für die »quantenmechanischen Eigenschaften des Palladium-Metallgitters« beruhe. Ein Patent, gab die Universität bekannt, sei beantragt, natürlich.

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