Trägheitseinschlussfusion: Forscher erzielen wichtigen Fortschritt bei der Kernfusion

An der NIF wurde erstmals brennendes Plasma erzeugt, bei dem das entstandene Helium das Plasma weiter aufheizt.

Artikel veröffentlicht am 27. Januar 2022, 14:24 Uhr, Werner Pluta

Versuchskammer der National Ignition Facility: mehr Energie in das Plasma (Bild: NIF/LLNL)

Es brennt: In der Fusionsforschungsanlage National Ignition Facility (NIF) ist ein wichtiger Schritt hin zur Nutzung der Kernfusion gelungen. Die Forscher haben sogenanntes brennendes Plasma erzeugt.

Bei der Kernfusion werden Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium bei sehr hohen Temperaturen zu Helium verschmolzen. Im NIF wurde ein Energierückkopplungsprozess mit der Bezeichnung Selbsterhitzung erreicht. Dabei heizen die Heliumkerne das Plasma weiter auf. Wenn die Energie aus der Selbsterhitzung größer ist als die Energie, die eingesetzt wird, um die Fusionsreaktion auszulösen, geht das Plasma in einen brennenden Plasmazustand über.

Die National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) setzt auf die Trägheitseinschlussfusion, bei der ein Brennstoffpellet mit Lasern beschossen wird. 192 Laser werden auf einen Hohlraum gerichtet, in dem sich das Pellet mit Deuterium und Tritium befindet.

Wasserstoffkerne fusionieren

Wenn die Laser auf die Hohlkammer treffen, heizt sich deren Innenwand derart auf, dass Röntgenstrahlung erzeugt wird. Dabei werden die Wasserstoffisotope so stark komprimiert, dass das Plasma aus Wasserstoffkernen bei 50 Millionen Grad zu Heliumkernen fusionieren und dabei Energie freisetzen.

Bei einem Experiment im August 2021 seien es 1,3 Megajoule gewesen, berichtet ein Team um Alex Zylstra und Omar Hurricane in der Fachzeitschrift Nature. Das entspricht 70 Prozent der eingesetzten Laserenergie. Der Prozess erfordert also immer noch mehr Energie, als freigesetzt wird.

Zwar gelangen erste Fusionen schon vor einigen Jahren. Aber es erwies sich als schwierig, die Energie der Lasers voll auszunutzen. Durch einige Verbesserungen, die ein Team um Annie Kritcher und Chris Young in Nature beschreibt, war es jetzt möglich, mehr Laserenergie als bisher direkt in das Fusionsplasma zu bringen.

Unter anderem wurde mehr Laserenergie eingesetzt. Zudem wurde die Energieübertragung zwischen den Laserstrahlen verändert. Schließlich wurde auch die Geometrie der Innenwände des Hohlraums verändert. So gelang es bei mehreren Gelegenheiten, ein brennendes Plasma zu erzeugen.