"Stern in der Schachtel"

 "Stern in der Schachtel"

Jetzt, da die Lasertechnik genug Leistung erbringt, soll der endgültige Durchbruch neben der militärischen auch die zivile Nutzung möglich machen. Im Mai 2009 wurde am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien die National Ignition Facility (NIF) eingeweiht. 192 Hochleistungslaserstrahlen werden hier auf einer Fläche von drei Fußballfeldern erzeugt, mehrfach verstärkt und dann in der Experimentierkammer auf einen weniger als einen Zentimeter großen, hohlen Goldzylinder gerichtet. In dessen Zentrum befindet sich die eigentliche Fusionskapsel mit 1,8 Millimeter Durchmesser.

Durch die Einstrahlung des Laserlichts entsteht im Hohlraum Röntgenstrahlung, die die äußere Schicht der Kapsel explosionshaft verdampft, wodurch der Kern schlagartig verdichtet wird. Allein die Trägheit der Plasmateilchen ist dann ausreichend, um einige Milliardstelsekunden lang genügend Druck beizubehalten, damit die Kernfusion zündet. "Die Vorabversuche Nova und Omega haben die nötige Kompression mit viel kleineren Kapseln schon erreicht", erklärt Siegfried Glenzer vom Livermore Labor. "Aber wir brauchen die jetzige Pelletgröße, wenn wir einen Energieüberschuss erzielen wollen. Einen 'Mikrostern' erzeugen – das ist die Aufgabe der NIF und wir werden es noch dieses Jahr versuchen."

Die Ergebnisse der ersten Tests haben Glenzer und seine Kollegen jetzt veröffentlicht. Mit etwa der Hälfte der nominalen Laserenergie von ungefähr 1,3 Megajoule konnten sie eine Dummy-Kapsel auf die gewünschte Weise komprimieren. "Ein Meilenstein", attestiert Lackner, "damit ist der Beweis erbracht, dass das Prinzip funktioniert. Ein gewaltiger Schritt vorwärts." Wenn es dann so weit ist, verwenden die Forscher ein Pellet mit Deuterium und Tritium und komprimieren es mit ihrer Laserphalanx doppelt so stark wie im Test. Das Plasma erreicht dann mehr als 100 Milliarden Atmosphären Druck und eine Temperatur von mehr als 100 Millionen Grad, genug für das Einsetzen der Fusionsreaktion.

Dies ist freilich nur von kurzer Dauer. Wollte man damit dauerhaft Strom erzeugen, müsste der gesamte Vorgang bis zu zehnmal pro Sekunde wiederholt werden. Glenzer führt aus: "Der Prozess wird im gepulsten Modus durchgeführt und um ihn zur Energiegewinnung weiterzuentwickeln, benötigt man kurze Zyklen für den Laserbeschuss und die Pelletfabrikation. Solche Pläne existieren bereits unter dem Projektnamen Life." Diese schnelle Taktung von Explosionen birgt im Dauerbetrieb Tücken.

"Beim magnetischen Einschluss des Plasmas in einem Tokamak oder Stellarator läuft die Fusion dagegen stationär ab, vergleichbar einer chemischen Verbrennung bei einem Plasmadruck von nur zehn Atmosphären", beschreibt Lackner. Kein Wunder also, dass die deutschen Forscher mit ihren Anlagentypen wie Asdex und Wendelstein am Ball bleiben wollen - liefern sie doch wesentliche Grundlagen, die bei Konstruktion und Betrieb von Iter berücksichtigt werden. Für das drei Jahrzehnte dauernde Projekt ist mit Kosten jenseits der Zehn-Milliarden-Euro-Grenze zu rechnen, verteilt auf die Schultern der Europäischen Union, Japans, Russlands, der USA, der Volksrepublik China, Südkoreas und Indiens.

Auch wenn die Energieerzeugung im Iter – geschweige denn der Bau des ersten Fusionskraftwerks – vielleicht noch weiter entfernt liegt als eine Mondstation oder ein bemannter Flug zum Mars, könnte die Forschung auf diesem Gebiet durch die absehbare Zündung des ersten Mikrosterns im Labor deutlich mehr Rückhalt erlangen. Letzten Endes ist fraglich, ob sich die Menschheit angesichts des Klimawandels den Luxus erlauben kann, auf die mögliche Energiegewinnung durch Kernfusion von vornherein zu verzichten – trotz ungelöster technischer Probleme und enormer Entwicklungskosten.

Weitere zum Teil frei verfügbare Artikel zum Thema finden Sie im Dossier Energie auf spektrumdirekt.de.