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Kernfusion-Forschung: US-Wissenschaftler kommen idealer Energie näher

Experiment mit Kernfusion  

Traum von der idealen Energie rückt näher

13.02.2014, 13:14 Uhr | AFP

Kernfusion-Forschung: US-Wissenschaftler kommen idealer Energie näher. Brennstoff für die Kernfusion (Quelle: Eddie Dewald / Lawrence Livermore National Laboratory)

Brennstoff für die Kernfusion (Quelle: Eddie Dewald / Lawrence Livermore National Laboratory)

Die Wissenschaft ist ihrem Traum von der Erschaffung von Energie durch Kernfusion einen wichtigen Schritt näher gekommen: Forschern in den USA gelang es nach eigenen Angaben erstmals in zwei Fällen eine Kernfusion herbeizuführen, bei der weniger Energie in den Brennstoff hineingesteckt wurde als am Ende dabei herauskam.

Aus ihrer im Fachmagazin "Nature" veröffentlichten Studie geht allerdings ebenfalls hervor, dass die so gewonnene Energie noch sehr gering ist und nach wie vor hohe Energieverluste bestehen.

Keine radioaktiven Abfälle

Die Kernfusion ist der umgekehrte Prozess zur Kernspaltung, wie sie in Atomkraftwerken angewandt wird, um Energie zu gewinnen. Nach Ansicht vieler Experten wäre die kontrollierte Kernfusion die ideale Art der Energiegewinnung, denn es gibt ausreichend Rohstoff dafür, langfristig fallen keine radioaktiven Abfälle an, und die Kraftwerke wären vergleichsweise sicher. Laut Max-Planck-Institut könnte ein Gramm Brennstoff in einem solchen Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen.

Herstellungsbedingungen schwierig

Trotz jahrelanger Forschung gelang es den Wissenschaftlern bislang nicht, eine Kernfusion herbeizuführen, bei der mehr Energie herauskam als hineingesteckt wurde. Das Problem: Um eine Kernfusion zu schaffen, sind extrem hohe Temperaturen von mindestens hundert Millionen Grad nötig und ein extrem hoher Druck von außen. Solche
Bedingungen bestehen zum Beispiel im Inneren von Sonnen, wenn zwei Wasserstoff-Atome dort zu einem Helium-Atom verschmelzen.

Auf der Erde haben sich die Wissenschaftler entschieden, zwei Wasserstoff-Isotopen zu verschmelzen: Deuterium und Tritium, deren Reaktion ebenfalls Helium hervorbringt. Bisher war der Energieaufwand dafür aber immer deutlich höher als der Energiegewinn.

Amerikanisches Laserexperiment

Im September und November gelang es Wissenschaftlern des staatlichen US-Labors National Ignition Facility (NIF) in Kalifornien, durch die Hitze von 192 Lasern eine Kernfusion herbeizuführen, bei der geringfügig mehr Energie entstand als zuvor in den Brennstoff hineingesteckt wurde.

Zwar kam dabei lediglich so viel Energie wie in zwei AA-Batterien (höchstens 17.000 Joule) heraus und der Vorgang dauerte auch nur weniger als eine Milliardstel Sekunde. Zudem hatten die Forscher am Ausgangspunkt des Systems die Energie einer Autobatterie hineinstecken müssen. "Wir müssen eine hundertfach bessere Leistung
erreichen, bevor wir an den Zündpunkt kommen", räumte Forschungsleiter Omar Hurricane vom NIF ein. Gemeint ist der Punkt, an dem die Atomreaktion sich dauerhaft selbst trägt. Das Ergebnis wirke bisher "bescheiden" und das sei es auch, sagte Hurricane. "Aber wir sind dem näher gekommen als irgend jemand anderes vorher."

Franzosen setzen auf Magnetfelder

In Frankreich soll im Forschungsreaktor Iter in Cadarache versucht werden, die Kernfusion durch starke Magnetfelder herbeizuführen. Andere Projekte, wie das des NIF, setzen auf Laserbombardierung der Atomkerne, die in einem winzigen Gefäß sind, um darin in sehr kurzer Zeit einen immensen Druck zu erzeugen.

"Wir legen die Kapsel mit dem Brennstoff in eine zylindrische Dose von einem Zentimeter Länge, dann schießen wir mit Laserstrahlen auf die Öffnung, um die Kernfusion auszulösen", erläuterte Physikerin Debbie Callahan vom NIF. Durch den Beschuss wird die Kapsel 35 Mal kleiner, "so als ob man das Experiment mit einem Basketball starten und mit einer Erbse beenden würde". Die Kapsel implodiere schließlich, der Brennstoff falle in sich zusammen und fusioniere.

Anwendung für Industrie noch in weiter Ferne

Trotz des Erfolgs bleiben noch riesige Aufgaben zu bewältigen, bevor Energie in einer industriellen Größenordnung durch Kernfusion erzeugt werden kann. "Wir können ehrlich nicht sagen, wann der Zündpunkt erreicht werden wird", räumte Hurricane ein. Und Callahan fügt hinzu, angesichts der Tatsache, dass nur rund ein Prozent der
Energie, die in die Laser gesteckt werde, derzeit im Brennstoff tatsächlich ankomme, gebe es noch "eine große Steigerungsspanne".

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