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Auf dem Weg zum Sonnenfeuer Experiment bringt Kernfusion ein wenig näher

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Die stärksten Laser der Welt schießen auf ein erbsengroßes tiefgefrorenes Brennstoffkügelchen: die National Ignition Facility.

(Foto: picture alliance / dpa)

Es ist ein wichtiger Schritt auf der Suche nach einer nahezu unerschöpflichen Energiequelle: In einem Kernfusionsexperiment mit Hochleistungslasern gelingt es Forschern erstmals, mehr Energie zu erzeugen als zur Zündung des Brennstoffs nötig ist.

Erstmals ist es Forschern gelungen, eine Kernfusion herbeizuführen, bei der weniger Energie in den Brennstoff hineingesteckt wurde als am Ende dabei herauskam. Damit haben die Wissenschaftler der National Ignition Facility (NIF) im kalifornischen Livermore eine wichtige Hürde auf dem Weg zur Nutzung der Kernfusion genommen. Von einem selbsterhaltenden Fusionsfeuer sind die Experimente, die das Team um Omar Hurricane im Fachblatt "Nature" vorstellte, allerdings noch weit entfernt.

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. Der Brennstoff Wasserstoff ist im Überfluss vorhanden, es fallen langfristig keine radioaktiven Abfälle an, die Kraftwerke wären vergleichsweise sicher und bei einer Verschmelzung von Wasserstof zu Helium wird ein Vielfaches der Energie frei, die heutige Kernkraftwerke über die Spaltung schwerer Atomkerne wie Uran gewinnen. Laut Max-Planck-Institut könnte ein Gramm Brennstoff in einem solchen Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen.

Allerdings ist das Sonnenfeuer auf Erden nicht leicht zu entzünden. Es erfordert unter anderem höllische Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius, und der heiße Brennstoff muss auf so kleinem Raum eingeschlossen werden, dass sich die Atomkerne nahe genug kommen, um zu verschmelzen.

Energiequelle der Sonne

Anders als Versuchsreaktoren wie der im Bau befindliche ITER, die den Brennstoff magnetisch einschließen und elektrisch heizen, nutzen die NIF-Forscher 192 Hochleistungslaser, mit denen sie ein erbsengroßes tiefgefrorenes Brennstoffkügelchen beschießen. Dieses besteht aus einer Mischung der beiden schweren Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium und befindet sich in einem etwa einen Zentimeter hohen Goldzylinder. Durch dessen offene Enden pumpen die Laser schlagartig eine Energie von knapp zwei Millionen Joule in den Zylinder - damit würde eine gewöhnliche Energiesparlampe rund 50 Stunden leuchten. Für wenige milliardstel Sekunden erreichen die Laser gemeinsam die Leistung von rund 2500 Kernkraftwerken.

Durch die enorme Energie implodiert die Brennstofferbse, und der Wasserstoff rast mit einer Geschwindigkeit von umgerechnet mehr als einer Million Kilometern pro Stunde nach innen. So entsteht im Zentrum des Brennstoffkügelchens ein enormer Druck von mehreren hundert Milliarden Atmosphären, bei dem die Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen.

Effizienz noch nicht ausreichend

Auf diese Weise setzten die Forscher am 19. November 2013 rund 17.000 Joule Energie frei. Das seien rund 80 Prozent mehr Energie, als der Brennstoff selbst aufgenommen hatte. Allerdings verschlang das gesamte System mit knapp zwei Millionen Joule fast 100 Mal mehr Energie, als die Fusion lieferte. Denn nur ein Bruchteil der Laserenergie landet im Brennstoff.

Um in der Anlage tatsächlich netto Energie zu gewinnen, muss die Effizienz des Fusionsprozesses also noch um mehr als das Hundertfache steigen. Allerdings erreichten die Forscher einen weiteren wichtigen Meilenstein: Sie sehen erste Anzeichen dafür, dass die Fusionsprodukte den Brennstoff weiter anheizen. Das ist für ein sich selbst erhaltendes Fusionsfeuer unverzichtbar.

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. Der Brennstoff Wasserstoff ist im Überfluss vorhanden, es fallen langfristig keine radioaktiven Abfälle an, die  Kraftwerke wären vergleichsweise sicher und bei einer Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium wird ein Vielfaches der Energie frei, die heutige Kernkraftwerke über die Spaltung schwerer Atomkerne wie Uran gewinnen. Laut Max-Planck-Institut könnte ein Gramm Brennstoff in einem solchen Kraftwerk 90.000  Kilowattstunden Energie erzeugen.

Quelle: n-tv.de, ail/dpa/AFP

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