Erfolg für Fusion mit Lasertechnologie
Wissenschaftern des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben in der National Ignition Facility (NIF) im amerikanischen Bundesstaat Kalifornien in einem winzigen Zylinder erstmals mehr Fusionsenergie erzeugt, als sie für die Zündung aufbringen mussten. Die Forschung ist aber dennoch weit von einer selbsterhaltenden Fusionsreaktion entfernt.
Das LLNL untersucht die Möglichkeit, Fusionsbrennstoff mit starken Laserblitzen zur Zündung zu bringen. Der Nachweis, mit dieser Technologie gleich viel oder gar mehr Fusionsenergie erzeugen zu können, als zur Zündung aufgebracht werden muss, galt lange als der «heilige Gral», wie das LLNL schreibt. Zum ersten Mal ist es nun den Wissenschaftern gelungen, zumindest jenen Teil der Laserenergie zurückzugewinnen, den der Brennstoff zuvor absorbiert hatte. In Zahlen ausgedrückt hat die Fusionsreaktion 17 kJ erzeugt. Dies entspricht aber nur einem Bruchteil der Energie, die für den Betrieb der insgesamt 192 Laser aufgebracht werden musste. Insgesamt wurde eine Energie von 1,9 MJ verabreicht. Nur ein Zehntel davon wird von der Brennstoffkapsel absorbiert, von dem ebenfalls nur ein Zehntel in den Brennstoff fliesst. Die positive Energiebilanz gilt gemäss den Forschern folglich nur für die unterste Energieebene.
Die Wissenschafter erforschen am NIF die sogenannte Trägheitsfusion. Anders als bei Tokamak- oder Stellaratoranlagen, wo Plasma mit Magnetfeldern kontrolliert und auf zündfähigen Zustand aufgeheizt wird, erzeugen Laser- und Teilchenstrahlen die zur Fusion nötigen Bedingungen. Am NIF befindet sich der Brennstoff im Innern einer rund 2 mm grossen Plastikkapsel, die in einem offenen Zylinder aus Gold platziert wird. Eine komplizierte Anordnung von Verstärkern erzeugt 192 Hochleistungslaserblitze, die in die Zylinderöffnungen geleitet werden. Die äussere Hülle der Kapsel verdampft fast augenblicklich, was eine nach innen gerichtete Druckwelle auslöst. Der Brennstoff, ein Gemisch aus Deuterium und Tritium, wird komprimiert und erhitzt. Bei hinreichender Dichte und Temperatur beginnen die Atomkerne des so erzeugten Plasmas miteinander zu verschmelzen. Theoretisch sollten die dabei entstehenden Alphateilchen das Plasma weiter heizen und dadurch die Kernfusion am Leben erhalten. Frühere Experimente verliefen jedoch nicht wie gewünscht, weshalb die Forscher den Aufheizvorgang mit Erfolg modifiziert haben.
Der entsprechende wissenschaftliche Artikel – «Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion» – ist am 12. Februar 2014 in der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlicht worden (doi:10.1038/nature13008).
Quelle
M.B. nach LLNL, Medienmitteilung, und NZZ, «Ein vielversprechender Pfad zur Energieerzeugung», 12. Februar 2014