Weltweit arbeiten Physiker an den Grundlagen zukünftiger Fusionsreaktoren. Sie setzen dabei auf intensive Laser oder den magnetischen Einschluss des Brennmaterials in einem heißen Plasma. Mit einem exakt fokussierten Laserstrahl wollen japanische Forscher das Sonnenfeuer in einem zukünftigen Fusionsreaktor zünden. Dabei soll die Strahlleistung von rund tausend Billionen Watt (Petawatt) die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium verschmelzen, berichten die Forscher im Fachblatt “Nature” (Bd. 418, S. 933)
Die Wissenschaftler von der Universität Osaka heizten den Wasserstoff mit diesen Lasern auf einige Millionen Grad auf. Bei diesen Temperaturen ist der Brennstoff nicht mehr gasförmig. Die Atomkerne trennen sich von ihren Elektronen, so dass eine Wolke aus geladenen Teilchen entsteht, ein so genanntes Plasma. Dieses Plasma zündeten sie mit einem weiteren intensiven Laserstrahl, den sie mit einem Millimeter kleinen Hohlzylinder direkt in das Zentrum der Plasmawolke fokussierten.
“Das Ziel ist, durch Laserbeschuss regelmäßig wiederholende Mikroexplosionen zu erzeugen, ähnlich wie im Innern eines Motors”, beschreibt Michael H. Key, Fusionsforscher vom Laurence Livermore National Laboratory in Kalifornien, das Grundprinzip eines Fusionsreaktors, der mit Lasern betrieben wird.
In Europa setzen die Fusionsforscher allerdings auf ein komplett anderes Konzept, um mit der Kernfusion die Energieversorgung der Zukunft zu sichern. Sie wollen die schweren Kerne der Wasserstoff-Isotope Tritium und Deuterium in einem haushohen Ring speichern und aufheizen. Mit extrem starken Magnetfeldern wird das heiße Plasma unter Kontrolle gehalten. Denn bei den erforderlichen Temperaturen von rund 100 Millionen Grad würde kein Material den direkten Kontakt mit dem Plasma aushalten können.
Durch die Magnetfelder wird die heiße Wolke aus Atomkernen eingeschlossen und nahezu perfekt wärmeisoliert. Bleibt dieser Einschluss lange genug stabil und kann zudem eine ausreichende Dichte an Atomkernen, dem Brennmaterial, erreicht werden, kommt es zu dem gewünschten Brennen des Plasmas. Der Rekord für ein brennendes Plasma wird derzeit von der Europäischen Gemeinschaftsanlage JET, dem weltweit größten Fusionsexperiment, gehalten. Eine Sekunde lang konnte das Plasma brennen und rund 16 Megawatt Energie liefern.
Allerdings könnte die Laserfusion bei weiteren Erfolgen kostengünstiger ausfallen als das europäische Konzept. “Die Magnetfusion braucht ein großes Volumen an Plasma. Doch dafür braucht man auch viel Geld. Für die Laserfusion dagegen ist das Plasma sehr klein. So zeigt sich ein Weg, um die Kosten zu reduzieren”, sagt Ryosuke Kodama, der an der Universität Osaka den Konus für die fokussierten Laserschüsse entwickelt hat.
Jan Oliver Löfken
