Fernziel Kernfusion - wissenschaft.de
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Fernziel Kernfusion

Mit dem symbolischen Spatenstich für die „National Ignition Facility“ (NIF) hatte vor einem Jahr der amerikanische Energieminister Frederico Peña einen neuen Anlauf zum Traumziel Fusionsreaktor gestartet. Nicht von ungefähr fand die Zeremonie auf dem Gelände des Lawrence Livermore National Laboratory, nahe San Francisco, statt: Die seit Jahrzehnten als Kernwaffenlabor bekannte Institution sucht Ersatz für gestrichene Rüstungsprojekte und Nukleartests.

NIF soll nicht nur die Zündung von Wasserstoffbomben simulieren. Auch Energiegewinnung durch Laserfusion wird in den USA jetzt als chancenreich propagiert, da das rivalisierende Konzept Tokamak an technischen Problemen krankt.

Im auf 2,2 Milliarden Mark veranschlagten NIF-Projekt, dem größten der Welt, sollen sich nach sechsjähriger Bauzeit 192 Laserstrahlen auf eine erbsengroße Kapsel richten, die die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium enthält. Erstmals soll das Fusionsgemisch mit genügend hohen Energiepulsen – 1,8 Megajoule – beschossen werden, um eine Zündung auszulösen. Gelingt dies, dann verschmelzen die beschossenen Kerne zu Helium und setzen dabei mehr Energie frei, als hineingesteckt wurde. Noch ist unklar, ob eine Fusionszündung jemals gelingen wird. Denn in allen bisherigen Fusionsexperimenten erlosch das Streichholz immer wieder, bevor das Fusionsfeuer loderte.

Goliath-Projekte wie NIF überschatten ein David-Konzept, das für weniger Aufwand mehr verspricht. Zwei Forschergruppen aus Kalifornien und Florida stellten kürzlich im Fachblatt Science ein radikal andersartiges Konzept zur Diskussion: weg von Wasserstoff und Neutronen. Statt dessen soll Bor Energie liefern.

„Wir könnten das Konzept in den nächsten drei Jahren verifizieren“, schätzt Physikprofessor Norman Rostoker von der University of California in Irvine. Der emeritierte Fusionsforscher brachte seine 40jährige Erfahrung in den „Colliding Beam Fusion Reactor“ ein. US-Physiker um Prof. Norman Rostoker behaupten: Diese Kernreaktion könnte viel wirtschaftlicher Energie liefern als die bisher vergeblich versuchte Fusion von Wasserstoff.

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Hier würden beschleunigte Teilchenstrahlen aus Protonen und Bor-Kernen aufeinanderprallen. Die dabei entstehenden Alphastrahlen würden in Teilchenbeschleunigern – umfunktioniert zu Generatoren – abgebremst. Dabei ließe sich direkt Strom gewinnen. Die „Abfallwärme“ des Plasmas wäre zusätzlich in Wasserdampf-Turbinen nutzbar.

„Es ist ein gutes Konzept“, urteilt Glenn Seaborg, Plutonium-Entdecker und Nobelpreisträger am Lawrence Berkeley National Laboratory. „Eine solche Anlage könnte kompakt sein und hätte auch die Chance, wirtschaftlich zu arbeiten.“

Prof. Lawrence Lidsky, Plasmaforscher am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, ist jedoch skeptisch: „Sie haben die richtige Idee, nutzen aber die alten Werkzeuge.“ Zwar wären keine gefährlichen Neutronen abzubremsen, aber die geistigen Väter des neuen Konzepts setzten weiter auf die schwer beherrschbare Plasma- und Strahlentechnologie.

„Wir haben noch keine Anlage“, kontert Rostoker-Mitarbeiter Dr. Michl Bindenbauer, „aber wir bauen auf Erfahrungen aus Plasmaphysik und Teilchenbeschleunigung auf. Die Komponenten sind nicht neu, nur hat sie bisher niemand so zusammengestellt.“ Für umgerechnet 170 Millionen Mark könnte nach Bindenbauers Schätzung ein Pilotreaktor gebaut werden. Das wäre ein Taschengeld im Vergleich zu den Milliardenbeträgen, die Tokamak- und Laserfusion verschlungen haben.

Doch das US-Energieministerium hat wenig Interesse an dem Bor-Konzept. Das Verteidigungsministerium unterstützte nur die theoretischen Arbeiten von Rostoker und seinen Mitautoren an der University of Florida. Nun bemüht sich das Team um private Gelder, damit sein Pilotprojekt starten kann.

Fusionsreaktor

Wenn Wasserstoffkerne (Protonen) bei hoher Temperatur und hohem Druck zu Helium verschmelzen – ob in der Sonne oder in einer Wasserstoffbombe -, werden energiereiche Neutronen frei. In Reaktoren versuchen Forscher, die Wasserstoff-Isotope Deuterium (ein Proton, ein Neutron) und Tritium (ein Proton, zwei Neutronen) zur Verschmelzung (Fusion) zu bringen. Die freiwerdende Energie soll in Strom umgesetzt werden.

Tokamak

Bei diesem Reaktortyp halten Magnete ein heißes Wasserstoff-Plasma in einem luftleeren Ring in der Schwebe. Am seit zehn Jahren geplanten, 18 Milliarden Mark teuren International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) wollen Forscher die Zündung proben. Doch errechnete Turbulenzen im Plasma stellen neuerdings das Konzept in Frage.

Bor

Wenn Kerne des chemischen Elements Bor – genauer: des Isotops 11Bor – mit Wasserstoffkernen verschmelzen, entstehen Alphastrahlen (positiv geladene Heliumkerne). Sie sind nicht so energiereich wie die bei der Wasserstoff-Fusion entstehenden Neutronen, aber als elektrisch geladene Teilchen technisch leichter zu handhaben als die elektrisch neutralen Neutronen.

Bruni Kobbe

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