Kernfusion: Neue Technik soll kontrollierte Trägheitsfusion ermöglichen

Jetzt wissen sie, wo sie hinschießen müssen: Forscher haben eine Methode entwickelt, um den Energiefluss bei Fusionsexperimenten sichtbar zu machen. Das soll die Kernfusion voranbringen.

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Visualisierung des Energieflusses: Laser muss auf die am stärksten verdichtete Region des Brennstoff gerichtet werden.
Visualisierung des Energieflusses: Laser muss auf die am stärksten verdichtete Region des Brennstoff gerichtet werden. (Bild: High Energy Density Physics Group, UC San Diego)

Eine neue Technik soll die Kernfusion weiter voranbringen. Entwickelt hat sie ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität von Kalifornien in San Diego (UC San Diego) und des US-Unternehmens General Atomics. Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature.

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Sie haben ein Verfahren entwickelt, das eine Form der Trägheitsfusion effizienter machen soll. Bei der Trägheitsfusion wird ein Gemisch aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium (DT) mit Hilfe von Lasern zur Fusion gebracht. Das DT-Gemisch befindet sich in einer kleinen Kunststoffkugel. Mehrere Hundert Laser komprimieren den Brennstoff. Ein weiterer, sehr starker Laser heizt den Brennstoff dann bis zur Zündung auf.

Zielen ist schwierig

Dieser Laser muss dabei auf die am stärksten verdichtete Region des Brennstoffs gerichtet werden. Das sei bisher die größte Schwierigkeit bei diesem Verfahren gewesen, sagt Farhat Beg von der UC San Diego.

Die Forscher haben dem Brennstoff als Markierungsstoff Kupfer beigemischt. Wenn der Laser auf das Ziel gerichtet wird, erzeugt er hochenergetische Elektronen. Wenn diese auf das Kupfer treffen, emittiert es Röntgenstrahlung. Diese wird erfasst und zeigt den Forschern, wo die Energie hingeht.

Die Effizienz wurde schon erhöht

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"Bevor wir diese Technik entwickelt haben, tappten wir praktisch im Dunkeln", sagt Christopher McGuffey von der UC San Diego. Jetzt hingegen verstünden sie die Vorgänge besser und könnten deshalb das Verfahren verbessern. So hätten sie durch eine veränderte Konfiguration der Laser sowie durch eine andere Form der Brennstoffkapsel die Effizienz steigern können.

Die Fast Ignition gilt als das Fusionsverfahren mit dem geringsten Energieaufwand. Damit sich die beiden positiv geladenen Atomkerne nicht abstoßen, sondern verschmelzen, sind extreme Bedingungen notwendig: Im Innern der Sonne herrscht ein Druck von 200 Milliarden Bar und eine Temperatur von 15 Millionen Grad Celsius. Auf der Erde lässt sich ein solcher Druck nicht erzeugen. Deshalb muss die Zündtemperatur umso höher sein.

Es gibt zwei Verfahren, die Zündung des DT-Gemischs zu erreichen. Die Trägheitsfusion und die Fusion mittels magnetischen Einschlusses. Darauf setzt beispielsweise der Versuchsreaktor International Thermonuclear Experimental Reactor (Iter), der derzeit in Cadarache in Südfrankreich gebaut wird.

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