Energie der Zukunft Forscher stehen wohl an der Schwelle der Kernfusionszündung

Die teure Forschung an Kernfusionsreaktoren wird seit jeher kritisiert. Nun wollen Forscher an einem US-Labor einen wichtigen Schritt gemacht haben auf dem Weg zu einer emissionsfreien Energie.
Die sogenannte Targetkammer im National Ignition Facility: 192 Laser auf winziger Kapsel mit Deuterium und Tritium

Die sogenannte Targetkammer im National Ignition Facility: 192 Laser auf winziger Kapsel mit Deuterium und Tritium

Foto: Philip Saltonstall / Lawrence Livermore National Laboratory

Unsere Sonne ist ein gigantisches Kraftwerk. Unter dem Druck der Schwerkraft zieht sie ihre Energie bei rund 15 Millionen Grad Celsius aus der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium. Zwar strahlt der Stern nicht unendlich – laut Prognosen ist der Treibstoff in einigen Milliarden Jahren aufgebraucht. Aber die Energie, die unsere Sonne bis dahin produziert, ist enorm.

Gelänge es, das Sternenkraftwerk auf der Erde nachzuahmen, könnte man mit dieser Technik nahezu emissionsfreien Strom erzeugen. Gerade im Kampf gegen den Klimawandel klingt eine solche Form der Energiegewinnung verlockend. Forscher verfolgen dieses Ziel an experimentellen Fusionsreaktoren schon lange. Doch die Fortschritte bei solchen Experimenten bleiben bisher in einem überschaubaren Rahmen – vor allem im Verhältnis zu den Kosten, die solche Anlagen produzieren.

Forscher vom Lawrence Livermore National Laboratory nahe San Francisco sind dem Ziel der Zündung des Fusionsprozesses nun so nah wie nie zuvor gekommen. Am National Ignition Facility (NIF) konzentrieren sich die Wissenschaftler vor allem darauf, die sogenannte Trägheitsfusion in Gang zu setzen. Das Prinzip kommt bei der Wasserstoffbombe in größerem Maßstab zum Einsatz, könnte aber auch kontrolliert Energie abgeben. Am NIF arbeiten die Forscher mit dem stärksten Laser der Welt, verteilt auf 192 Strahllinien, die auf eine winzige Kapsel mit Deuterium und Tritium gerichtet sind.

Beide Stoffe sind Isotopen des Elements Wasserstoff. Durch die Energie des Lasers soll Plasma entstehen und der Fusionsprozess angeschoben werden, bei 100 Millionen Grad Celsius verschmelzen die Wasserstoffatome zu Helium, was wiederum die erhoffte Energie freisetzen soll. Ist der Prozess erst mal in Gang und die Zündschwelle erreicht, sollen die Fusionsreaktionen selbst die Wärme für weitere Fusionen liefern. Deshalb ist die Zündung so wichtig.

Die Zündung wird dann erreicht, wenn die bei der Fusion freigesetzte Energie größer ist als die vom Laser eingebrachten 1,9 Megajoule. Bei einem Experiment am 8. August erreichten die Forscher nun eine freigesetzte Energie von 1,35 Megajoule. Das entspricht rund 70 Prozent der Laserenergie, die der Brennstoffkapsel zugeführt wird.

Von ihrem Ziel sind die Forscher also noch ein Stück entfernt, energetisch handelt es sich immer noch um ein Verlustgeschäft. Trotzdem sprechen sie in einer Mitteilung  davon, nun immerhin an der Schwelle zur Zündung zu stehen. Die Ergebnisse würden einer 25-fachen Effizienzsteigerung gegenüber dem Ertrag aus dem Jahr 2018 entsprechen und der achtfachen Steigerung eines Experiments aus diesem Frühjahr.

Bau des NIF in den USA

Bau des NIF in den USA

Foto: Lawrence Livermore National Laboratory

Das NIF kündigte an, die Daten in einem wissenschaftlichen Fachjournal zu veröffentlichen, wo sie einer entsprechenden Begutachtung durch unabhängige Kollegen unterzogen werden können. Zudem wollen die Forscher das Experiment noch einmal erfolgreich wiederholen, um noch weitere Daten zu sammeln. Im kommenden Jahr wird dann an einer weiteren Verbesserung gearbeitet.

Doch schon jetzt äußern sich Wissenschaftler positiv über die Arbeit am NIF. Der Plasmaphysiker Stephen Bodner, der eigentlich als Kritiker des Experiments galt, gratulierte den Forschern in einem Beitrag der »New York Times«  und zeigte sich überrascht. Das Team sei dem Ziel der Zündung und der Gewinnschwelle nahe genug gekommen, um es als Erfolg zu bezeichnen, heißt es. Auch Siegfried Glenzer von der Stanford University, der einst selbst am Livermore-Labor Fusionsexperimente machte, sprach von vielversprechenden Ergebnissen, um eine Energiequelle auf dem Planeten zu erreichen, die kein CO₂ ausstößt.

Der Bau des NIF begann 1997 und wurde 2009 abgeschlossen. Die Größe des Lasers entspricht in etwa drei Fußballfeldern. Für die Anlage entstanden Kosten von 3,5 Milliarden Dollar. Noch teurer wird der Fusionsreaktor Iter in Südfrankreich, der mehr als 20 Milliarden Euro kosten wird und 2025 in Dienst gehen soll. Dabei handelt es sich allerdings um einen anderen Reaktortyp als den in den USA.

joe
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