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Bei der Kernfusion wird Wasserstoff zu Helium verschmolzen. Vorbild ist die Sonne.
Bei der Kernfusion wird Wasserstoff zu Helium verschmolzen. Vorbild ist die Sonne.(Foto: picture alliance / dpa)

Energie aus dem Atom: Ist Kernfusion die Alternative?

Hat die Kernenergie eine Zukunft? Welche Gefahren die Kernspaltung birgt, hat uns nicht zuletzt die Havarie in Fukushima deutlich vor Augen geführt. Schon seit ungefähr 50 Jahren beschäftigen sich Forscher mit der Energiegewinnung aus dem umgekehrten Vorgang: dem Verschmelzen zweier Kerne. Ist die Kernfusion eine Alternative zur Kernspaltung? Wann könnten wir mit dem ersten Fusionsstrom rechnen? Und welche Risiken sind mit der Stromerzeugung aus Kernfusion verbunden? Isabella Milch, Pressereferentin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP), erklärt im Gespräch mit n-tv.de, wie es um die Kernfusion derzeit steht. Das IPP erforscht in Garching und Greifswald die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk.

n-tv.de: Frau Milch, wie weit ist die Fusionsforschung gediehen? Wann könnte der erste Fusionsstrom ins Netz eingespeist werden?

Isabella Milch: Ein Fusionskraftwerk wird es in ungefähr 50 Jahren geben, sofern die Forschung Erfolg hat. Dann ist es durchaus eine Alternative zu Kohle- und Kernkraftwerken.

Was macht denn die Energiegewinnung aus Kernfusion so schwierig?

Der Testreaktor ITER soll 2018 den Betrieb aufnehmen, dann zunächst mit normalem Wasserstoff. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium soll 2026 starten.
Der Testreaktor ITER soll 2018 den Betrieb aufnehmen, dann zunächst mit normalem Wasserstoff. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium soll 2026 starten.(Foto: picture-alliance/ dpa)

Die Schwierigkeit ist, tatsächlich Energie zu gewinnen, also mehr Energie herauszubekommen als man hineingesteckt hat. In der großen europäischen Anlage JET in Culham, Großbritannien, hat man 1997 schon mal gezeigt, dass Kernfusion funktioniert. Die Anlage war aber zu klein, um aus den Abläufen wirklich Energie zu gewinnen. Nur gut 65 Prozent der investierten Heizenergie hat JET als Fusionsenergie zurückgeliefert. Das soll nun in dem internationalen Testreaktor ITER, der zurzeit in Cadarache, in Frankreich, aufgebaut wird, anders sein. Die Anlage soll zehnmal mehr Leistung liefern als investiert werden musste, nämlich 500 Megawatt Fusionsleistung, in Pulsen von fünf bis zehn Minuten.

Erzeugt dieses Kraftwerk dann auch Strom?

Höchstwahrscheinlich nicht. ITER ist kein fertiges Kraftwerk, sondern immer noch eine Forschungsanlage. Die Nachfolgeanlage DEMO, ein Demonstrationskraftwerk, soll dann alles können und eben auch über einen längeren Zeitraum Strom erzeugen. Das könnte, wenn alles funktioniert, in etwa 30 Jahren der Fall sein.

Sie sprachen gerade von Heizenergie. Die Temperatur in einem Fusionsreaktor muss enorm hoch sein, 100 bis 200 Millionen Grad Celsius. Wie wird diese Hitze erzeugt?

Da muss man sich zunächst klar machen, dass der benötigte Brennstoff extrem dünn ist. Eine Viertelmillion Mal dünner als die Luft, die wir atmen. In einer riesigen Kammer sind dann ein bis zwei Gramm ionisiertes Gas, man spricht von Plasma, und das ist sehr heiß.

Zurzeit arbeiten die Forscher noch an dem Problem, das Plasma zum Brennen zu bringen.
Zurzeit arbeiten die Forscher noch an dem Problem, das Plasma zum Brennen zu bringen.

Heizmethoden gibt es verschiedene: Man kann zum Beispiel Mikrowellen in das Plasma hineinstrahlen. Das funktioniert nach dem Prinzip eines Mikrowellenherdes. Oder Radiowellen. Oder man schießt beschleunigte Wasserstoffteilchen in das Plasma hinein. Wie bei einer Billardkugel, die man in den Pool stößt, und die ihre Energie an andere Kugeln abgibt, wird dann auch hier die Energie übertragen. Das sind drei Heizmethoden, mit denen sich die hohe Temperatur erreichen lässt.

Wird die Hitze dann auf gleichem Weg aufrechterhalten?

Die Temperatur hinzukriegen, ist eine Sache. Sie lange genug aufrechtzuerhalten, ist wesentlich schwieriger. Man braucht eine gute Wärmeisolation für den Brennstoff, also für das dünne, heiße Gas. Klar ist, dass ein Gefäß dafür ungeeignet ist, denn sobald das dünne Gas an die Gefäßwand stößt, kühlt es ab.

Hier dargestellt: das von einer Magnetfeld umschlossene Plasma (gelb).
Hier dargestellt: das von einer Magnetfeld umschlossene Plasma (gelb).

Deswegen nimmt man ein "immaterielles Gefäß": Man baut einen Käfig aus Magnetfeldlinien. So schwebt das Gas dann vor den Wänden des Gefäßes, ohne dass es abkühlenden Wandkontakt hat. Die Wärmeisolation steigt, je besser der Magnetfeldkäfig und je größer die Anlage. Denn je größer die Anlage, umso dicker ist die isolierende Schicht zwischen dem heißen Zentrum und dem kälteren Rand des Gasvolumens.

Ist diese Hitze denn kontrollierbar?

Sobald man das Plasma an die Wand fahren lässt, ist es aus. Und der tonnenschweren Stahlwand tut es nichts, wenn sie – wie zum Beispiel in der Garchinger Fusionsanlage "ASDEX Upgrade" – von zwei Milligramm heißem Gas berührt wird; auch nicht, wenn es 100 Millionen Grad Celsius heiß ist.

Wie störanfällig ist das System?

Zurzeit arbeiten Wissenschaftler an dem Problem, dieses Feuer zu entfachen. Wenn das dann in ITER gelungen sein sollte, sorgt jede Änderung der Betriebsbedingungen – zu heiß, zu kalt, zu wenig Gas, zu viel Gas – dafür, dass das Feuer ausgeht. Man muss also einen genauen Arbeitspunkt treffen. Und man muss immer Brennstoff nachfüllen.

Apropos Brennstoff: Deuterium lässt sich aus Meerwasser gewinnen. Woher aber bekommt man das notwendige Tritium?

Kernfusionsexperiment Wendelstein 7X am Max-Planck-Institut in Greifswald: Das erste von  fünf Magnetmodulen wurde nach jahrelangen Planungen und Vorarbeiten 2009 an seinem endgültigen Standort montiert.
Kernfusionsexperiment Wendelstein 7X am Max-Planck-Institut in Greifswald: Das erste von fünf Magnetmodulen wurde nach jahrelangen Planungen und Vorarbeiten 2009 an seinem endgültigen Standort montiert.(Foto: picture-alliance/ dpa)

Das erzeugt man aus Lithium, und zwar – so der Plan – im Fusionskraftwerk selbst.

Muss man dafür doch wieder auf Kernspaltungsprozesse zurückkommen?

Nein, das ist eine Brutreaktion. Wenn bei der Fusion schwerer und überschwerer Wasserstoff zu einem Heliumkern verschmelzen, bleibt dabei ein schnelles Neutron übrig. Und dieses Neutron würde dann aus Lithium Tritium erzeugen.

Die Neutronen, die auf die Wände des Reaktorgefäßes treffen, verwandeln dieses in eine radioaktive Hülle, indem sie Atome aktivieren. Gleichzeitig ist das Material durch den Einfluss der Neutronen einer hohen Belastung ausgesetzt. Wie oft müsste solch ein Reaktorgefäß ausgetauscht werden?

Bestimmte Teile der Gefäßwand, die besonders belastet sind, müssen mehrfach ausgetauscht werden. Aber die zeitlichen Abstände sind noch unklar; das ist noch Forschungsgegenstand. Man hofft, dass ein Reaktorgefäß ein paar Jahre hält.

Es entsteht also radioaktiver Müll. Weiß man schon, wo und wie lange der eingelagert werden muss?

Was während seiner Lebenszeit aus dem Kraftwerk herausgenommen wird, lagert man wahrscheinlich vor Ort. Arbeitet das Kraftwerk nicht mehr, könnte man es stehen- und für 50 bis 100 Jahre abklingen lassen. Dann ist ein großer Teil der Radioaktivität schon abgeklungen. Denn der Unterschied zum Spaltabfall der Atomkraftwerke ist groß: Die Halbwertszeiten der Stoffe in einem Fusionskraftwerk sind sehr viel niedriger.

Gibt es in einem Fusionskraftwerk irgendeine Energiequelle, die außer Kontrolle geraten könnte?

So etwas wie eine Kernschmelze, irgendetwas, was ihr vergleichbar wäre, ist im Fusionskraftwerk physikalisch nicht möglich. Als Energiequellen gibt es das Plasma, das Magnetfeld und heißes Kühlmittel. Keine dieser Energiequellen schafft es, eine Sicherheitshülle von innen zu zerstören.

Mit Isabella Milch sprach Andrea Schorsch.

Quelle: n-tv.de

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