Kernfusion: Kann „die Energiequelle der Sterne“ Energieprobleme aus der Welt schaffen?
Kernfusion kommt als Energieform immer wieder ins Gespräch. Denn man sucht gerade in der aktuellen Energiekrise nach neuen Ideen, wie man an die Energie kommen kann. Eine davon wäre die „Energiequelle der Sterne“ für sich nutzen zu können. Doch dafür muss man viele physikalische Hürden überwinden. Nun scheint es, dass man mit dem Einsatz von Magnetfeldern eine Hürde weniger hat.
Es gibt Fusionsexperimente weltweit, um neue Energiequellen zu erschließen. (Symbolbild)
Foto: PantherMedia / MarkoAliaksandr
Überall auf der Welt forscht man intensiv an der kontrollierten Kernfusion (die Verschmelzung von Atomkernen). Die Kernfusion gilt als sichere und langfristige Methode Unmengen an Energie zu produzieren. Schließlich hat diese Technologie das Potenzial, eine klimafreundliche und nachhaltige Energieversorgung zu sein. Deshalb, wenn ein neuer Durchbruch gemeldet wird, ist es für die Öffentlichkeit interessant.
Und es gibt wieder etwas Neues zu vermelden: Wie einige Medien berichten, konnten Forscher bei einem Experiment durch den Einsatz von Magnetfeldern (die als Isolatoren die angeregten Teilchen festhalten) eine höhere Temperatur des Hotspots bei der Trägheitsfusion erreichen und hiermit eine größere Energiemenge freisetzen. Die Energieausbeute konnte dadurch verdreifacht werden. Das Experiment wurde von einem Team in der National Ignition Facility (NIF) durchgeführt.
Paar Tage später kam es zu einem neuen Durchbruch: Diesmal kam die Meldung von der US-staatlichen National Ignition Facility. Die Wissenschaftler konnten bei ihrem Experiment mehr Energie freisetzen als sie hineingesteckt haben.
Was ist genau bei diesem Kernfusion-Experiment passiert?
Bei dem Experiment gelang es den Forschenden, die Temperatur des Hotspots um 40 Prozent zu erhöhen, ohne dass das Goldgehäuse dabei geschmolzen wäre. Bisher war es sehr schwer, so einen Hotspot zu erzeugen, weil selbst die kleinsten Unebenheiten auf der Oberfläche des Brennstoffkügelchens zu einem Fehlschlag der Reaktion führen konnten.
Das NIF-Team hat das Experiment mit einem Zylinder aus dieser Legierung durchgeführt, der mit einer Brennstoffkapsel gefüllt war, die das reine Deuterium, eine Form von Wasserstoff, enthielt. Dabei legten sie ein Magnetfeld von 26 Tesla an, indem sie einen Strom durch eine um den Zylinder gewickelte Drahtspule leiteten, kurz bevor sie die Laser einschalteten.
„Wenn wir hineingehen und das Magnetfeld auf diesen Hotspot legen und ihn isolieren, bleibt die Wärme jetzt dort und wir können den Hotspot auf eine höhere Temperatur bringen“, zitiert T3N den leitenden Wissenschaftler den NIF John Moody mit Bezug auf „Motherboard“ und im Physical Review Letters. Dabei verglich Moody es mit einer dicken Styroporhülle, „die den Kaffee heiß hält, ohne die Hand zu verbrennen“.
Im Vergleich zu Experimenten ohne Magnetfeld stieg die Temperatur um 40 Prozent. Die Energieleistung, gemessen durch Zählung der bei der Fusion erzeugten Neutronen, stieg dabei um das Dreifache.
Um besser einschätzen zu können, ob diese Erkentnisse tatsächlich die Entwicklung dieser Methode beschleunigen können, haben wir den deutschen Plasmaphysiker, Professor Hartmut Zohm vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik gefragt: „Ich habe mir das Papier angeschaut und halte es für wissenschaftlich fundiert und überzeugend. Es zeigt, dass mit Hilfe eines von außen angelegten Magnetfelds die Effizienz der Inertialfusion prinzipiell gesteigert werden kann. Es handelt sich allerdings um ein Grundlagenexperiment, und es lässt sich momentan noch nicht absehen, ob diese Methode zur Energiegewinnung herangezogen werden kann, da es eine nicht unerhebliche zusätzliche Komplexität für das Verfahren bedeutet. Insofern kann ich keine Einschätzung dazu abgeben, ob es einen signifikanten Einfluss auf die Zeitskala für das Ziel der Energiegewinnung aus Interialfusion haben kann“, kommentierte er die ingenieur.de – Anfrage. Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) erforscht die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk.
Fusionsexperimente weltweit, um neue Energiequellen zu erschließen
Allerdings fällt es den Wissenschaftlern bisher schwer, den Prozess auf der Erde zu reproduzieren, wie die Sterne zum Leuchten gebracht werden(dafür braucht man Temperaturen von über 100 Millionen Grad). Solche Prozesse spielen sich innerhalb der Sonne ab und so wird durch die Verschmelzung von Atomkernen Energie erzeugt. Um es nachzubilden, muss man bei extremhohen Temperaturen sogenanntes Plasma erzeugen, bei diesem Aggregatszustand, trennen sich Atome in ihre Bestandteile.
Ja, es werden regelmäßig Erfolge gemeldet und neue Erkenntnisse gewonnen, die ihrerseits die Öffentlichkeit interessieren.
Noch vor einigen Monaten hat man von einem dieser Erfolge berichtet – die Wissenschaftler vom „Joint European Torus“ haben ein Fusionsexperiment in Culham nahe Oxford durchgeführt. Wie das Handelsblatt berichtete, wurde dort aus einem Gemisch der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium ein stabiles Plasma erzeugt, was die Freisetzung der Energie von 59 Megajoule ermöglichte. Hiermit wurde ein Weltrekord gemeldet. Damit wurden umgerechnet elf Megawatt über eine Dauer von fünf Sekunden erreicht.
Kleiner Schritt zu einer grünen Energiequelle
Es gibt aber bereits jetzt Kritikpunkte zu den neusten Erkenntnissen. Um diesen „hot spot“ zu erreichen, benötigten die Wissenschaftler ungefähr 200 Laser. Nur so konnten sie die laserinduzierte Kernfusion in Gang bringen. Das angelegte Magnetfeld bedeutet zweifelsfrei einen großen Fortschritt. Aber: Die Wissenschaftler haben dabei nicht mehr Energie produziert als sie hineingegeben haben.
Die Fortschritte, egal aus welchem Bereich oder Land sie auch kommen, lassen aber hoffen, diese Technologie schneller erforschen zu können und dadurch einen Schritt in Richtung sichere Zukunft ohne Energieengpässe weiterzugehen. Einen Schritt zu einer grünen Energiequelle – ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe und hochradioaktive Abfälle. Doch bis dahin ist es noch ein langer Weg.
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