Forscher jubeln

Erstmals positive Energiebilanz bei Kernfusion

(Bild: Lawrence Livermore National Laboratory)

Bereits seit Jahrzehnten träumen Wissenschaftler davon, die Energieprobleme der Menschheit mittels Kernfusion zu lösen. Jetzt ist es US-Forschern nach eigenen Angaben erstmals gelungen, in zwei Fällen eine Kernfusion herbeizuführen, bei der weniger Energie in den Brennstoff hineingesteckt wurde, als am Ende dabei herauskam.

Im September und November vergangenen Jahres sei es in Labors der staatlichen National Ignition Facility (NIF) in Kalifornien gelungen, durch die Hitze von 192 Lasern eine Kernfusion herbeizuführen, bei der etwas mehr Energie entstand, als zuvor in den Brennstoff hineingesteckt worden war, schreiben die Forscher im Fachmagazin "Nature".

Allerdings kam dabei lediglich so viel Energie heraus, wie sie in zwei AA-Batterien (höchstens 17.000 Joule) enthalten ist, und der Vorgang dauerte zudem nur weniger als eine Milliardstel Sekunde. Außerdem hatten die Forscher am Ausgangspunkt des Systems die Energie einer Autobatterie hineinstecken müssen. "Wir müssen eine 100-fach bessere Leistung erreichen, bevor wir an den Zündpunkt kommen", räumte Forschungsleiter Omar Hurricane vom NIF ein.

"Vom Ziel noch einen Faktor 100 entfernt"
Gemeint ist damit der Punkt, an dem die Atomreaktion sich dauerhaft selbst trägt. Das Ergebnis wirke bisher "bescheiden" und das sei es auch, sagte Hurricane. "Aber wir sind dem näher gekommen als irgendjemand anderes vorher." Jetzt liege das Ziel der Zündung "nur" noch einen Faktor 100 entfernt, so der Forscher.

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, denn es gibt genug Rohstoff dafür, es fallen langfristig keine radioaktiven Abfälle an und die Kraftwerke wären vergleichsweise sicher. Laut Max-Planck-Institut könnte ein Gramm Brennstoff in einem solchen Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen.

Große Hitze und hoher Druck notwendig
Trotz jahrelanger Forschung gelang es bisher nicht, eine Kernfusion herbeizuführen, bei der mehr Energie herauskam, als hineingesteckt wurde. Das Problem: Um eine Kernfusion zu schaffen, sind extrem hohe Temperaturen von mindestens 100 Millionen Grad nötig und ein extrem hoher Druck von außen - Bedingungen, wie sie zum Beispiel im Inneren von Sternen bestehen, wenn zwei Wasserstoff-Atome dort zu einem Helium-Atom verschmelzen.

Auf der Erde haben sich die Forscher entschieden, zwei Wasserstoff-Isotopen zu verschmelzen: Deuterium und Tritium, deren Reaktion ebenfalls Helium hervorbringt. Bisher war der Energieaufwand dafür aber immer deutlich höher als der aus der Kernfusion resultierende Energiegewinn.

Atomkerne mit Lasern bombardiert
Das NIF bombardierte bei seinen Versuchen Atomkerne in einem winzigen Gefäß mit Lasern, um in sehr kurzer Zeit einen immensen Druck zu erzeugen. "Wir legen die Kapsel mit dem Brennstoff in eine zylindrische Dose von einem Zentimeter Länge (Bild), dann schießen wir mit Laserstrahlen auf die Öffnung (...), um die Kernfusion auszulösen", erläuterte NIF-Physikerin Debbie Callahan. 

Durch den Beschuss wird die Kapsel 35-mal kleiner, "so als ob man das Experiment mit einem Basketball starten und mit einer Erbse beenden würde". Sie implodiere schließlich, der Brennstoff falle in sich zusammen und fusioniere, so die Forscherin. Sie räumt allerdings ein, dass trotz des Erfolgs noch riesige Aufgaben zu bewältigen seien, bevor Energie in einer industriellen Größenordnung durch Kernfusion erzeugt werden kann. Angesichts der Tatsache, dass nur rund ein Prozent der Energie, die in die Laser gesteckt werde, derzeit im Brennstoff tatsächlich ankomme, gebe es noch "eine große Steigerungsspanne", so Callahan.