Kernfusion: US-Unternehmen lässt Plasma brennen

Fünf Millisekunden sind nicht lang. Doch in dem Fall gelten sie als Erfolg: Dem US-Unternehmen Tri Alpha Energy ist es gelungen, Plasma für diesen Zeitraum stabil zu halten. Das wird als wichtiger Fortschritt bei der Kernfusion gesehen.

Artikel veröffentlicht am 27. August 2015, 12:00 Uhr, Werner Pluta

Aufbau von Tri Alpha Energy: längere Plasmaröhre, höhere Temperatur (Bild: Tri Alpha Energy/Screenshot: Golem.de)

Ein wichtiger Schritt hin zur Kernfusion ist dem US-Unternehmen Tri Alpha Energy gelungen: Es hat einen zylindrischen Reaktor gebaut, in dem es ein superheißes Gas mit einer Temperatur von 10 Millionen Grad erzeugt und es fünf Millisekunden lang stabil gehalten hat. Das sei zwar nur eine sehr kurze Zeitspanne gewesen, berichtet die Fachzeitschrift Science. Es sei aber das erste Mal, dass in einem solchen Reaktortyp das Gas so lange in einem stabilen Zustand gehalten wurde.

Der Reaktor ist etwa 23 Meter lang. An jedem Ende wird ein Ring aus Plasma gebildet - als Brennstoff nutzt Tri Alpha Energy Wasserstoff und Bor. Die beiden Ringe werden dann mit einer Geschwindigkeit von knapp einer Million Kilometern pro Stunde aufeinandergefeuert. Wenn sie aufeinandertreffen, wird die kinetische Energie in Hitze gewandelt. Dabei entsteht eine Art Röhre aus Plasma, die von einem Magnetfeld gehalten wird.

Tritium muss erzeugt werden

Der Energieaufwand ist hoch: Um das Gas auf 10 Millionen Grad zu erhitzen, benötigte Tri Alpha 10 Megawatt. Eine Fusion findet allerdings erst bei einer deutlich höheren Temperatur statt: Wasserstoff und Bor benötigen 3 Milliarden Grad. Meist werden die Wasserstoffisotope Deuterium (D) und Tritium (T) als Brennstoff eingesetzt, die eine geringere Temperatur zur Fusion benötigen. Nachteil ist, dass Tritium auf der Erde nicht vorkommt, also erst erzeugt werden muss. Außerdem wird bei der DT-Fusion Strahlung freigesetzt. Das passiert bei der Wasserstoff-Bor-Fusion nicht.

Für die Kernfusion sind Temperaturen von mindestens 100 Millionen Grad nötig. Solche Temperaturen hält aber kein Material aus. Das Plasma muss also in dem Reaktor gehalten werden, ohne dessen Wände zu berühren. Dafür gibt es zwei Konzepte: Bei der Trägheitsfusion implodiert das Plasma und wird dabei durch seine eigene Massenträgheit für die Dauer der Fusionsreaktion zusammengehalten. Auf diese Technik setzt etwa die US-Forschungseinrichtung Lawrence Livermore National Laboratory. Bei der Fusion mittels magnetischen Einschlusses wird das Plasma in einem Magnetfeld gehalten. Diesen Ansatz nutzt der europäische Forschungsreaktor Iter, aber auch Tri Alpha Energy.

Der Reaktor ist zylindrisch

Tri Alpha Energy arbeitet mit einem zylindrischen Rekator und einer Field-Reversed Configuration (FRC), mit der Wissenschaftler seit den 1960er Jahren arbeiten. Bisher war die längste Brenndauer bei diesem Ansatz 0,3 Millisekunden. Das hat Tri Alpha Energy um mehr als das Zehnfache übertroffen. Das Plasma erlosch aber nicht, weil es nicht stabil war, sondern weil der Brennstoff ausging.

Als Nächstes will Tri Alpha Energy einen größeren Reaktor bauen. Darin soll es möglich sein, längere Plasmaröhren und höhere Temperaturen zu erzeugen. Tri Alpha Energy ist ein Privatunternehmen aus Los Angeles, das weitgehend hinter verschlossenen Türen arbeitet.