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US-Experiment

Wichtiger Fortschritt bei der Kernfusion

Foto: Lawrence Livermore National Laboratory/Zumapress.com/picture alliance

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Die Versuchskammer am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien.

Astrid Dähn, 14.12.22
Bei einem Experiment zur Kernfusion ist es US-Forschern erstmals gelungen, mehr Energie zu erzeugen, als zuvor in das System hineingesteckt wurde. Fachleute auf der ganzen Welt sehen darin einen Meilenstein auf dem – weiterhin noch langen – Weg, die Fusion als klimafreundliche Energiequelle zu erschließen.

Das Wissenschaftlerteam vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien nutzt für seine Versuche die weltstärkste Laseranlage. Mit dem Laserlicht wird eine wenige Millimeter große Kapsel bestrahlt, die ein Gemisch aus schwerem und überschwerem Wasserstoff (Deuterium und Tritium) enthält. Von den Laserpulsen erhitzt, geben die Innenwände der Kapsel ihrerseits hochenergetisches Röntgenlicht ab, das die eingeschlossenen Wasserstoff-Teilchen zunächst in ein Millionen Grad heißes Plasma aus Elektronen und Kernbausteinen verwandelt.

Schließlich steigert die Strahlung den Druck und die Temperatur im Kapselinneren so weit, dass die Wasserstoff-Kerne zu Helium-Kernen verschmelzen und dabei Energie freisetzen. Der Prozess beruht also auf den Bindungskräften, die zwischen den Bausteinen der Atomkerne wirken. Da diese Kräfte extrem stark sind, ist auch die potenzielle Energieausbeute bei der Fusion hoch. Sterne wie die Sonne verdanken solchen Verschmelzungsvorgängen im Gestirnszentrum ihre Strahlkraft.

Wie die kalifornischen Wissenschaftler am 13. Dezember auf einer Pressekonferenz mitteilten, regten sie die Kapsel bei ihrem jüngsten Experiment an der „National Ignition Facility" (NIF) mit einer Energie von 2,05 Megajoule an und erzeugten damit 3,15 Megajoule Fusionsenergie – ein Gewinn von 1,1 Megajoule. Der Überschuss zeige, dass „wir es mit Beharrlichkeit schaffen können", die Energieproduktion durch Fusion in Gang zu bringen, kommentierte US-Präsident Bidens Chefberater für Wissenschaft und Technologie, Arati Prabhakar, die Ergebnisse. Die amerikanische Energieministerin Jennifer Granholm sprach von „einer der beeindruckendsten wissenschaftlichen Leistungen das 21. Jahrhunderts".

„Noch längst kein Kraftwerk"

Von einer kommerziellen Anwendung ist die Kernfusion allerdings noch weit entfernt. Was die US-Kollegen vorgelegt hätten, seien zwar „tolle Resultate", sagt Sybille Günter, wissenschaftliche Direktorin am Max-Planck-Insitut für Plasmaphysik in Garning. Sie halte es jedoch für ziemlich „ineffizient", die Fusion indirekt über Röntgenstrahlung aus der Behälter-Kapsel in Gang zu setzen. Um damit ein Kraftwerk zu befeuern, müsste man die Kapsel zudem mindestens zehn Mal pro Sekunde zünden. Ob das machbar wäre, sei bislang nicht geklärt, wendet Günter ein. Auch für Klaus Hesch, Sprecher des Programms „Fusion" am Karlsruher Institut für Technologie, steht fest, dass man mit dem NIF-Fusionsansatz „noch längst kein Kraftwerk hat". Es sei beispielsweise fraglich, als wie reproduzierbar sich das Experiment erweise und wie „kontrollierbar" das Ganze letztlich ablaufe.

Die Laserversuche in Kalifornien sind nicht die einzigen Fusionsprogramme, die derzeit laufen. Rund um den Globus arbeiten Forschergruppen intensiv an Konzepten, um die Kernverschmelzung für die Energieproduktion nutzbar zu machen. Im südfranzösischen Cadarache etwa ist ein internationales Wissenschaftskonsortium aus 35 Staaten, darunter auch Deutschland, seit 2007 dabei, den weltweit größten Testreaktor zur Kernfusion zu errichten. Nach Einschätzung der meisten Experten dürfte es jedoch noch mindestens ein Jahrzehnt dauern, bis geklärt ist, unter welchen technischen Voraussetzungen solche Anlagen verlässlich Energie liefern können.

 

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