Erstmals positive Energiebilanz durch Kernfusion erzielt

13. Februar 2014, 15:42
310 Postings

Forschern gelang es, durch eine Fusion mehr Energie zu gewinnen, als in Brennstoff investiert wurde

Livermore - Forscher des staatlichen US-Labors National Ignition Facility (NIF) in Kalifornien haben im Fachmagazin "Nature" einen Erfolg bei Fusionsexperimenten verkündet: Nach eigenen Angaben gelang es erstmals, in zwei Fällen eine Kernfusion herbeizuführen, bei der weniger Energie in den Brennstoff investiert wurde, als am Ende dabei herauskam. Aus der Studie geht allerdings ebenfalls hervor, dass die überschüssige Energie extrem gering war und zuvor schon hohe Energieverluste anfielen.

Die Kernfusion ist im Gegensatz zur Kernspaltung eine Kernreaktion, bei der zwei Atomkerne zu einem neuen Kern verschmelzen. Nach Ansicht vieler Experten wäre die kontrollierte Kernfusion die ideale Art der Energiegewinnung: Es gebe genug Rohstoff dafür, es fielen langfristig keine radioaktiven Abfälle an, und die Kraftwerke wären vergleichsweise sicher. Nach Angaben des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik könnte ein Gramm Brennstoff in einem solchen Kraftwerk theoretisch 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen - das entspricht in etwa dem durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von 30 Haushalten.

Effizienz noch unter einem Prozent

Trotz jahrzehntelanger Forschung war bisher jedoch noch nie eine Kernfusion mit positiver Energiebilanz gelungen, und auch im aktuellen Experiment liegt die gesamte Energieeffizienz noch unter einem Prozent - und damit weit weg von einem arbeitenden System. Das Problem ist: Um eine Kernfusion zu schaffen, sind sowohl extrem hohe Temperaturen von mindestens hundert Millionen Grad Celsius nötig, wie auch ein extrem hoher Druck von außen. Solche Bedingungen bestehen zum Beispiel im Inneren von Sternen, wo jeweils zwei Wasserstoff-Atome zu einem Helium-Atom verschmelzen.

Nun bestrahlten die Forscher in einem sogenannten Hohlraum ein Pellet aus den Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium mit 192 Lasern. Der Goldhohlraum wandelte die Energie des Lasers in Röntgenstrahlung um, die wiederum verdichtete das von Kunststoff eingehüllte Pellet stark und setzte so eine zeitweilige Fusion in Gang: Die Wasserstoffatome verschmolzen zu Helium und Energie wurde freigesetzt.

Warten auf den Zündpunkt

Zwar konnten die Forscher keine stabile Fusion in Gang halten, und die Energiebilanz wäre, würde man den gesamten Energieaufwand im Vorfeld der Fusion mit einrechnen, negativ ausgefallen. Letztlich kam etwa so viel Energie heraus, wie in zwei AA-Batterien (höchstens 17.000 Joule) steckt. Zudem war der ganze Vorgang in weniger als einer Milliardstel Sekunde vorbei. "Aber wir sind dem näher gekommen, als irgendjemand anderes vorher", so der Physiker Omar Hurricane vom NIF. "Wir müssen eine hundertfach bessere Leistung erreichen, bevor wir an den Zündpunkt kommen."

Kritiker merken indes an, dass das erklärte Ziel der NIF, eine stabile Fusionsreaktion durch den gesamten Brennstoff fortzusetzen, wieder nicht erreicht worden sei. Die Physiker hätten verabsäumt, systematisch zu erforschen, was in dem Hohlraum mit dem Fusionsbrennstoff tatsächlich passiert, wenn es zur Laserbestrahlung kommt - und verstünden damit ihr eigenes Experiment nicht gut genug. Um Energie durch Kernfusion irgendwann einmal in einer industriellen Größenordnung erzeugen zu können, wird es jedenfalls noch sehr lange dauern. Das heißt es im übrigen auch schon seit langem. (APA/red, derStandard.at, 13.2.2014)

  • Brennstoff für die Kernfusion: Wasserstoff-Verdichtung durch Laser.
    foto: lln

    Brennstoff für die Kernfusion: Wasserstoff-Verdichtung durch Laser.

Share if you care.