Wissenschaft: Der Durchbruch in der Kernfusion ist ein Etikettenschwindel

National Ignition Facility hat das Lawson-Kriterium der Kernfusion erreicht, aber das gilt nur für echte Reaktoren, keine Laserexperimente.

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192 Laserstrahlen erzeugen genug Hitze und Druck, um die Kernfusion zu ermöglichen.
192 Laserstrahlen erzeugen genug Hitze und Druck, um die Kernfusion zu ermöglichen. (Bild: Lawrence Livermore National Laboratory/Screenshot: Golem.de)

In der National Ignition Facility (NIF), im Lawrence Livermore National Laboratory der USA, wurde ein brennendes Plasma erzeugt und das inzwischen in drei wissenschaftlichen Paper mit Peer Review bestätigt. Golem.de berichtete bereits im Januar über die Ergebnisse der NIF, die durch weitere Experimente verbessert wurden. Mit Hilfe von 192 Laserstrahlen wurde eine Kernfusionsreaktion angeregt, die sich anschließend ohne Hilfe der Laserstrahlen, allein durch die Energie der Kernfusion selbst fortsetzte.

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Dafür musste das Fusionsplasma das Lawson-Kriterium mit ausreichend hohem Druck, Temperatur und Dichte des Plasmas erfüllen. In Fusionsreaktoren, die ein Plasma dauerhaft mit Magnetfeldern einschließen sollen, wäre damit eines der größten Hindernisse zur Nutzung der Kernfusion als Energiequelle überwunden.

In der NIF wird das Plasma allerdings gar nicht eingeschlossen, sondern bleibt lediglich durch die eigene Massenträgheit für zwei Nanosekunden an einem Ort, bevor es durch die Hitze und den Druck auseinanderfliegt. Genau das sollen die Magnetfelder in Fusionsreaktoren verhindern. Die NIF ist kein Fusionsreaktor, sondern die Nachstellung einer Wasserstoffbombe im Modellmaßstab - ohne die Atombombe als Zünder. Die konzentrierte Energie der Laserstrahlen und der Rückstoß des verdampften Wasserstoffs erzeugen dafür ähnliche Temperatur- und Druckverhältnisse wie sonst im Kern einer Atombombe.

2,33 Prozent der Energie des Brennstoffs freigesetzt

Aus der Kernfusion wurden bei den Experimenten bis zu 1,4 Megajoule Energie pro Schuss freigesetzt. Dabei wurden jeweils 1,9 Megajoule Laserenergie benötigt, um mit den 192 Laserstrahlen die Hitze und den Druck des nötigen Plasmazustands zu erzeugen. Zur Erzeugung der Laserstrahlen werden in der NIF pro Schuss 384 Megajoule elektrischer Energie benötigt. Nur 0,36 Prozent der eingesetzten elektrischen Energie wurde also anschließend durch Kernfusion als Wärme freigesetzt.

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Als Brennstoff diente eine Menge von etwa 200 Mikrogramm Deuterium-Tritium-Mischung, wie sich dem frei zugänglichen Paper des Wissenschaftsjournals Nature entnehmen lässt. Bei vollständiger Fusion setzt Deuterium-Tritium 340 Millionen Megajoule pro Kilogramm frei oder 68 Megajoule pro 200 Mikrogramm, etwa so viel wie bei der Explosion von 14 kg TNT.

Hier wurden aber nur 2,33 Prozent der Energie des Fusionsbrennstoffs freigesetzt. Zuvor wurde Fusionsbrennstoff mit großem Aufwand in einer Diamantschale eingeschlossen, zu Wasserstoffeis gefroren und in einer reflektierenden Uran-Goldkapsel exakt an dem Punkt positioniert, wo die Laserstrahlen der NIF zusammenlaufen.

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Das Ergebnis hat keine praktische Bedeutung

Dabei setzte sich die Kernfusion tatsächlich nach dem Ende des Laserpulses für 2 Nanosekunden fort. Aber für das Ziel der Kernfusion als zuverlässiger, effizienter und dauerhaft erzeugter Energiequelle ist das Ergebnis gänzlich nutzlos, weil die Fusion nicht dauerhaft und nachhaltig durchgeführt werden kann, vom Materialaufwand ganz abgesehen.

Die Hauptaufgabe der Anlage besteht, entgegen der Darstellung in der Öffentlichkeitsarbeit des Instituts, im Nachstellen und Optimieren der Fusionsvorgänge in Atombomben. Allerdings konnten mit ihr erstmals auch die physikalischen Verhältnisse in einem weißen Zwerg und dessen exotischen Materiezuständen nachgestellt werden. Selbst dafür waren die nur zwei Nanosekunden sehr kurz für physikalische Messungen, aber sie lieferten neue Ergebnisse. Praktische Ansätze zur Verwendung von Kernfusion als Energiequelle sind aus der NIF hingegen nicht zu erwarten.

Nachtrag vom 16. August 2022, 11:30 Uhr

Durch einen Rechenfehler wurde der Anteil der freigesetzten Energie im Artikel deutlich zu klein angegeben; der Fehler wurde behoben.

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