Zehnmal heißer als die Sonne

30. Oktober 2006, 18:50
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Was bisher als Science Fiction gehandelt wurde, geht nun in die Um­setzung: Der Fusions­reaktor ITER soll erstmals Energie liefern

Was seit Jahrzehnten als Sciencefiction gehandelt wurde, geht nun in die Umsetzung. Der Kernfusionsreaktor ITER soll erstmals mehr Energie erzeugen als verschlingen. Eine eigene "Fusions-Expo" in Innsbruck zeigt, wie dadurch die Energiegewinnung nach dem Vorbild der Sonne revolutioniert wird.

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Der Fusionsreaktor ITER wird 30 Meter hoch sein. Anstelle der Brennkammer mit den Brennstäben eines herkömmlichen Kernkraftwerkes besitzt ITER eine Art riesigen Reifen aus Spezialstahl mit einem Plasmavolumen von fast 1000 Kubikmetern. Und darin werden - nach dem Vorbild der Sonne - Atomkerne von Wasserstoff zu Helium fusioniert. Bei ITER ist die Verschmelzung von einem halben Gramm Plasma aus Wasserstoffgas vorgesehen. Und dieses halbe Gramm wird - wenn alles nach Plan abläuft - binnen fünf Minuten so viel Energie freisetzen wie vier Tonnen Erdöl.

Damit die Kernfusion möglich wird, ist allerdings zunächst ein gewaltiger Energieeinsatz nötig. In der Sonne läuft sie bei Temperaturen von rund zehn Millionen Grad Celsius ab. Gas wird dabei zu Plasma. In diesem Aggregatzustand sind die Elektronen von den Atomkernen vollkommen getrennt. Atomkerne kleiner Masse verschmelzen miteinander und setzen dabei Energie frei.

Weil sich auf der Erde kein derart hoher Druck wie im Zentrum der Sonne erzeugen lässt, sind für die Bildung von Plasma hier etwa zehnmal so hohe Temperaturen notwendig. Das würde allerdings kein irdisches Material aushalten. Also haben Wissenschafter tief in die Trickkiste gegriffen. Das Wasserstoffgemisch wird im Vakuum mithilfe von Mikrowellen berührungsfrei immer weiter hocherhitzt bis der Fusionsmotor anspringt und nun ein Vielfaches der eingesetzten Energie zurückgibt.

Ein starkes Magnetfeld schließt das Plasma ein und verhindert, dass es die Wände des Vakuumgefäßes berührt. Dennoch bestehen hier die größten Herausforderungen an die Fusionstechnologie. "Denn irgendwie muss die Hitze ja auch abgeführt werden, um damit eine Dampfmaschine zu betreiben und Energie zu gewinnen", erklärt Tilmann Märk, Vizerektor für Forschung an der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck. Dass die Kernfusion prinzipiell funktioniert, hat der kleinere Forschungsreaktor JET im britischen Culham gezeigt. Hier wurde beim bisherigen Fusionsleistungs-Weltrekord im Jahr 1997 mit 16 Megawatt annähernd jene Energie erzeugt, die vorher investiert wurde. "ITER soll nun eine Verstärkerfunktion um das Zehnfache leisten", erklärt Märk.

Im Gegensatz zur Kernspaltung wird bei der Fusion nur sehr wenig Radioaktivität frei. Außerdem bricht der Vorgang binnen Sekunden ab, wenn keine Brennstoffe mehr zugeführt werden. Eine Katastrophe wie Tschernobyl wäre hier also unmöglich.

Brennstoffverbrauch

Das Faszinierendste an der Kernfusion ist allerdings ihr enorm niedriger Brennstoffverbrauch. Um eine Stadt mit einer Million Einwohnern ein Jahr lang mit Strom zu versorgen, würde ein Fusionskraftwerk gerade eine kleine Lastwagenladung an Brennstoff benötigen. Und der ist noch dazu nahezu unbeschränkt verfügbar. Die derzeit genutzten Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium können leicht aus Meerwasser und dem häufigen Metall Lithium gewonnen werden.

Die Auswahl des Standortes für ITER erfolgte nach jahrelangem Kleinkrieg im heurigen Mai. Erst nachdem die EU gedroht hatte, das fünf Milliarden Euro teure Projekt notfalls auch alleine durchzuziehen, stimmten auch die beteiligten Nationen USA, Japan, China, Russland, Indien und Südkorea zu, dass der experimentelle Reaktor im südfranzösischen Cadarache unweit des dortigen Nuklearforschungszentrums CEA errichtet wird. Baubeginn ist übernächstes Jahr, 2016 soll ITER den Betrieb aufnehmen.

Parallel dazu laufen die Planungen für den ersten Demonstrationsreaktor DEMO, der ab 2020 Strom erzeugen soll. "Bis der erste Reaktor auf wirtschaftlicher Basis den Regelbetrieb aufnimmt, wird es allerdings noch bis 2050 dauern", sagt Hannspeter Winter von der TU Wien. "Aber dann ist es - mit dem Ende der fossilen Brennstoffe - auch wirklich höchste Zeit, dass das funktioniert."

Österreichs Beteiligung an der Fusionsforschung ist am 15. November genau zehn Jahre alt. Damals wurde der Assoziationsvertrag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften an das EURATOM Fusionsforschungsprogramm abgeschlossen. Die Universität Innsbruck stellt im Bereich der Ionen- und Plasmaphysik mit vier beteiligten Arbeitsgruppen einen österreichweiten Forschungsschwerpunkt dar.

Die Fusions-Expo präsentiert vom 3. bis zum 17. November im ICT-Technologiepark in den Räumen des Technologietransferzentrums trans-IT "die Energie der Sterne". An "interaktiven Inseln" ist es möglich, selbst mit dem Plasma zu experimentieren. Dazu werden zahlreiche technische Bauteile, Spulen und Wandelemente des hochkomplexen Reaktors ausgestellt. "Eines der Highlights", sagt Tilmann Märk, "wird ein 3-D-Film sein, wo man als Plasmateilchen den ITER-Reaktor durchfliegt." (Bert Ehgartner/DER STANDARD, Printausgabe, 25. Oktober 2006)

  • Kernfusion soll die Energiegewinnung revolutionieren.
    illustration: der standard/fatih

    Kernfusion soll die Energiegewinnung revolutionieren.

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