Weiterer Schritt auf dem Weg zur Fusion?

Halterung und tiefgekühlter Zielzylinder: 192 hochenergetische Laserstrahlen verdampfen den Zylinder und komprimieren dabei die Probe im Innern. (Bild: E. Dewald, LLNL)

Halterung und tiefgekühlter Zielzylinder: 192 hochenergetische Laserstrahlen verdampfen den Zylinder und komprimieren dabei die Probe im Innern. (Bild: E. Dewald, LLNL)

Wissenschaftlern der National Ignition Facility am kalifornischen Lawrence Livermore National Laboratory ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur kontrollierten Kernfusion geglückt. Sie konnten erstmals eine Brennstoffkapsel bei hoher Dichte und Temperatur so symmetrisch komprimieren, dass der Brennstoff selbst mehr Energie abgab, als er vorher aufgenommen hatte. Damit sind die Wissenschaftler zwar noch nicht bei einer wirklichen Zündung des Brennstoffs angelangt, haben aber eine wichtige Wegmarke passiert. Bei insgesamt vier von mehreren Dutzend Schüssen konnten sie einen Energiegewinn im Brennstoff nachweisen.

Schema des mit Gold ausgekleideten Hohlraum-Zylinder, in dessen Mitte sich die Brennstoff-Kapsel befindet. (Bild: O. A. Hurricane et al.)

Schema des mit Gold ausgekleideten Hohlraum-Zylinder, in dessen Mitte sich die Brennstoff-Kapsel befindet. (Bild: O. A. Hurricane et al.)

Als Zündung bezeichnet man den Punkt beim Aufheizen eines Plasmas, an dem eine selbsttragende Kernfusion einsetzt. Dann pflanzt sich dieser Prozess durch den Brennstoff fort und erzeugt sehr viel mehr Energie, als ursprünglich in die Reaktion hineingesteckt wurde. Bislang ist dies nur in unkontrollierter Weise gelungen – in thermonuklearen Waffen, die zur Zündung eine Kernspaltungs-Atombombe benötigen.

Das Experiment nutzt die weltweit stärkste Laseranlage, deren Strahlen auf einen winzigen Hohlraum fallen. Insgesamt 192 Hochleistungslaser, deren Technik mehrere Turnhallen füllen würde, bringen ihre Gesamtleistung von rund einem Terawatt auf einen zylindrischen Probenhalter, der am oberen und unteren Ende je einen Einlass für die Laserstrahlen besitzt. Im Innern ist er mit Gold ausgekleidet und nur etwa einen Zentimeter lang, bei einem halben Zentimeter Durchmesser. In seiner Mitte befindet sich eine Kapsel mit dem anfangs tiefgekühlten Brennstoff, der aus den gut fusionierenden Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium besteht.

Von einem Gesamt-Netto-Energiegewinn ist der Aufbau jedoch noch weit entfernt: Nur rund ein Hundertstel der eingesetzten Laserenergie landet schließlich im Brennstoff. Der Rest geht entweder bei der Verdampfung des Probe oder über die Röntgenstrahlung verloren. Die meisten Plasmaphysiker setzen ihre Hoffnungen deshalb auf magnetisch eingeschlossene Fusionsplasmen wie bei ITER. Die Forschung an der Trägheitsfusion dient zu einem guten Teil aber auch nicht der Energieerzeugung, sondern der Grundlagenforschung sowie militärischen Zwecken. Das amerikanische Verteidigungsministerium fördert viele dieser Projekte im Rahmen des Stockpile-Stewardship-Programms. Dieses soll die Langlebigkeit und Einsatzbereitschaft des Nuklearwaffenarsenals auch ohne durch internationale Verträge verbotene Atombombentests sicherstellen. (Quelle: pro-physik.de, Dirk Eidemüller)

Referenz: O. A. Hurricane et al.: Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion, Nature, online 12. Februar 2014; DOI: 10.1038/nature13008

Link: Fusionexperimente an der National Ignition Facility, Lawrence Livermore National Laboratory

 

 

Speak Your Mind

*