Kernfusion

Kernfusion gilt als sicher und sauber – nun ist Forschenden in den USA ein Durchbruch gelungen. Doch Forschende warnen vor zu großen Erwartungen.

„Ein technisches Ziel für die Fusion wäre es, einen Großteil der für den Prozess verwendeten Energie zurückzugewinnen und einen Energiegewinn zu erzielen, der doppelt so hoch ist wie die für die Laser aufgewendete Energie“, erklärt der Experte. Das Ergebnis sei ein wissenschaftlicher Erfolg – „aber noch weit davon entfernt, nützliche, reichlich vorhandene, saubere Energie zu liefern“, so das Fazit von Roulstone. „Wenn die Berichte stimmen und mehr Energie freigesetzt wurde, als zur Erzeugung des Plasmas verbraucht wurde, ist das ein echter Durchbruch, der ungeheuer spannend ist. Wie die Financial Times und die Washington Post berichten, ist einem US-Labor offenbar ein wichtiger Schritt in der Kernfusion gelungen. Die Kernfusion gilt als sicher und sauber, doch trotz langjähriger Forschung und zahlreicher Experimente ist es Forschenden bisher nicht gelungen, bei einer Kernfusion mehr Energie zu erzeugen, als bei diesem Prozess verbraucht wird. „Er muss doppelt so hoch sein, weil die Wärme in Elektrizität umgewandelt werden muss und dabei Energie verloren geht.“ Die Washington Post zitiert einen Forschenden mit den Worten: „Für die meisten von uns war dies nur eine Frage der Zeit“. In der Natur kann man die Kernfusion beispielsweise bei unserer Sonne und anderen Sternen im Einsatz erleben – Kernfusionsreaktionen sind die Ursache dafür, dass die Sterne Energie abstrahlen. Dezember, 16.10 Uhr: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in den USA ist ein historischer Durchbruch auf dem Feld der Kernfusion gelungen. In der Kernversuchsanlage JET in Großbritannien ist es Forschenden gelungen, [für einige Sekunden einen „Mini-Stern“ zu erzeugen](https://www.fr.de/wissen/forschung-kernfusion-energie-atomkern-mini-stern-wissenschaft-rekord-grossbritannien-91339041.html). Das Kernfusions-Experiment am LLNL hat den Angaben zufolge 2,05 Megajoule an Energie benutzt, um 3,15 Megajoule an Energie zu generieren – der sogenannte „scientific energy breakeven“. Vor knapp einem Jahr hatte das Institut bereits Fortschritte bei der Kernfusion verkündet – sie hatten die Zündung von Plasma erreicht.

Ein NIF-Target-Pellet in einer Hohlraumkapsel mit Laserstrahlen. Die Strahlen komprimieren und erhitzen das Target auf die Bedingungen, ...

"Und jeder, der an diesem Durchbruch in der Kernfusion beteiligt war, wird in die Geschichtsbücher eingehen", so die Ministerin weiter. Bei der Kernfusion hingegen werden kleine Atomkerne zu größeren verschmolzen - fusioniert -, die Technologie gilt als sauber und sicher. "Die Entzündung (des Plasmas) ist ein erster Schritt, ein wirklich monumentaler Schritt." Für eine künftige Stromerzeugung ist entscheidend, dass die Gesamtbilanz der Fusion positiv ist - was sie weiterhin bisher noch längst nicht ist. In Zukunft könnte mithilfe der Kernfusion womöglich klimaneutral und sicher Strom in riesigen Mengen erzeugt werden. Wenn es gelinge, die Kernfusion weiter voranzubringen, könne sie zur Erzeugung von sauberem Strom und Kraftstoffen für den Verkehr, von Energie für die Schwerindustrie und vieles mehr genutzt werden, sagte Energieministerin Granholm.

Energie aus Kernfusion gilt als klimafreundlich, fast unerschöpflich und sicher. Forschende aus den USA haben es erstmals geschafft, mehr Energie in einem ...

„Dennoch ist es eine große Herausforderung, diese Energie so zu extrahieren, dass sie nutzbar gemacht werden kann, und Materialien zu entwickeln, die einem Dauerbetrieb standhalten können. Und es bleibt auch die Frage, wie kontrolliert der Fusionsprozess in Zukunft ablaufen kann. Andererseits sind die Rohstoffe, die für die Kernfusion gebraucht werden, billig und auf der Erde gleichmäßig verteilt. Der Sonne gelingt die Kernfusion durch ihre große Masse, die im Inneren einen gewaltigen Druck entstehen lässt und damit eine hohe Temperatur. Bei den Fusionsreaktoren auf der Erde werden der notwendige Druck und die Temperaturen auf zweierlei Weise erzeugt: zum einen durch starke Magnetfelder nach dem sogenannten Tokamak-Prinzip, das etwa beim International Thermonuclear Experimental Reactor, kurz ITER, in Frankreich angewendet wird. Schließlich gibt es noch einige Herausforderungen, die gelöst werden müssen, ehe der Strom aus der Steckdose wirklich aus einem Fusionskraftwerk stammt. Doch ist die Kernfusion wirklich unsere Energiequelle der Zukunft? Das Problem sind unter anderem die energiereichen Neutronen, die bei der Kernfusion freigesetzt werden. Im Fall der Kernfusion sind es Atomkerne, die miteinander verschmelzen. Bei der Kernfusion verschmelzen Atomkerne – in diesem Fall sind es Wasserstoffatome – miteinander. Die Neutronen verlassen das Plasma und treffen auf den Plasmabehälter. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den USA haben Medienberichten zufolge einen historischen Durchbruch auf dem Feld der Kernfusion erzielt.

Erstmals wurde beim Verschmelzen von Atomkernen mehr Energie gewonnen als verbraucht, wie US-Energieministerin Jennifer Granholm am Dienstag in Washington ...

"Und jeder, der an diesem Durchbruch in der Kernfusion beteiligt war, wird in die Geschichtsbücher eingehen", so die Ministerin weiter. Bei der Kernfusion hingegen werden kleine Atomkerne zu größeren verschmolzen - fusioniert -, die Technologie gilt als sauber und sicher. In Zukunft könnte mithilfe der Kernfusion womöglich klimaneutral und sicher Strom in riesigen Mengen erzeugt werden.

Klimaneutrale, günstige und in Massen produzierbare Energie: Das klingt wie Science Fiction - und ist doch womöglich näher als gedacht.

Auch Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger (FDP) sprach von einem "historischen Tag für die Energieversorgung der Zukunft". Hinzu kommt: "Das Lawrence Livermore National Laboratory könnte diese Art Resultat prinzipiell etwa einmal pro Tag erzielen", meint Justin Wark von der Universität Oxford. Auch wenn alle Experten darauf verweisen, dass die kommerzielle Nutzung der Technologie noch immer in weiter Ferne liegt, so überwiegt doch die Begeisterung über den Erfolg der Kernforscher in Kalifornien. Die Forschenden in Kalifornien nutzen die weltstärkste Laseranlage, um winzige Mengen von schwerem und überschwerem Wasserstoff (Deuterium und Tritium) in extrem heißes Plasma zu wandeln. "Einfach ausgedrückt ist dies eine der beeindruckendsten wissenschaftlichen Leistungen des 21. US-Energieministerin Jennifer Granholm sprach von einem Durchbruch, der in die Geschichtsbücher eingehen werde.

US-Forschern ist ein Durchbruch bei der sogenannten Trägheitsfusion gelungen: Die durch Laser in Gang gesetzte Fusion erzeugte mehr Energie, ...

Kritcher und Kollegen wollen in den kommenden Monaten die Leistung der eingesetzten Laser weiter erhöhen und auch den Fusionsprozess länger in Gang halten. Der Energie-Output müsse bei einem Fusions-Kraftwerk mindestens doppelt so groß sein wie der gesamte Input, sagt Tony Roulstone, der an der Universität Cambridge in Großbritannien zu Nuklearenergie forscht. Primär wollen die Forscher vor allem die Abläufe bei der Explosion von Kernwaffen wie Wasserstoffbomben besser verstehen. Bei der Trägheitsfusion hingegen wird ein Brennstoff in einer Kapsel für den Bruchteil von Nanosekunden mit starken Laserstößen beschossen und dabei komprimiert und aufgeheizt. Für einen Einsatz in einem kommerziellen Kraftwerk dagegen müsste die gesamte Anlage deutlich vereinfacht werden. Hier heizen Magnetfelder ein Plasma auf und versuchen dann, die entzündete Kernfusion lange in Gang zu halten, um zusätzliche Wärme zu erzeugen, die dann in Strom umgewandelt werden kann.

Erstmals gewinnen Forscher per Kernfusion überschüssige Energie. Ein Erfolg für die endlose Energiequelle der Zukunft. Was keiner fragt: Lässt sie sich ...

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Das geht mit Lasern, wie jetzt in den USA, oder durch Einschließen von Wasserstoffkernen in Magnetfeldern und Erhitzen durch elektromagnetische Strahlung.

Das ist die Kunst und da gibt es in Deutschland eben jene zwei Versuchsanlagen in Garching und in Greifswald. Deshalb werden in solchen Reaktoren sehr starke Magnete verbaut, deren Magnetfelder das heiße Plasma wie eine Thermoskanne einsperren. Da müsste man pro Sekunde mehrere dieser Wasserstoffpellets zünden und die entstehende Wärme abführen. Die Rechnung, die da von der Presseabteilung des Lawrence Livermore Laboratoriums für die Energiebilanz aufgemacht wird, berücksichtigt allerdings nicht die Startenergie für den Laser, also die Energie, die notwendig ist, um das Laserlicht herzustellen. Aber diese Arbeit ist nicht interessant für Fusionsreaktoren, die künftig Strom liefern sollen. Es handelt sich um hochinteressante Spitzenforschung zur Erforschung des Prozesses des Zündens eines Fusionsplasmas.

Breakeven für die Kernfusion: Zum ersten Mal hat ein Laserfusions-Experiment die Zündung der Kernfusion erreicht – und mehr Fusionsenergie erzeugt als zum.

Hinzu kommt: Für diesen Durchbruch war ein Lasersystem mit mehr als 7.500 jeweils meterlangen Spezialoptiken nötig, die Laserenergie erzeugen und auf das Ziel lenken. Seither haben die Physiker unter anderem die Form des Hohlraums leicht verändert, um noch mehr Röntgenstrahlung auf die Brennstoffkapsel zu lenken – mit Erfolg. Die gepulsten und gebündelten Laserstrahlen treffen mit einer Energie von bis zu 500 Billionen Watt auf die nur wenige Millimeter kleine Brennstoffkapsel im Zentrum der Reaktorkammer. „Diese Schwelle zu überschreiten war die Vision, die 60 Jahre der Forschung angetrieben hat.“ Andere Anlagen wie die [National Ignition Facility](https://www.scinexx.de/news/physik/ueberraschung-im-fusionsplasma/) (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory in den USA nutzen dagegen kleine Wasserstoff- oder Deuterium-Tritium-Pellets, die durch Laserbeschuss komprimiert und zur Fusion gebracht werden. Auch wenn der Weg zu stromerzeugenden Fusionskraftwerken noch weit ist, ist dies ein wichtiger Fortschritt und Meilenstein für die weltweite Fusionsforschung.

In diesem Bild aus dem Jahr 2012, das vom Lawrence Livermore National Laboratory zur Verfügung gestellt wurde, überprüft ein Techniker eine Optik in der ...

Die Forscher in Kalifornien nutzten für ihre Experimente die weltstärkste Laseranlage, um winzige Mengen von schwerem und überschwerem Wasserstoff (Deuterium und Tritium) in etwa ein Millionen-Grad heißes Plasma zu wandeln. [USA](https://www.merkur.de/welt/usa-staat-geschichte-politik-bevoelkerung-geografie-staedte-sprache-90175745.html) ist Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein [historischer Durchbruch auf dem Feld der Kernfusion](https://www.merkur.de/welt/kernfusion-durchbruch-forschung-usa-labor-kernenergie-sicher-sauber-zr-91972971.html) gelungen. Diese Form der Energiegewinnung ähnelt den Vorgängen in Sternen wie der Sonne. Bei der Kernkraft werden jedoch große Atome gespalten, es entsteht unter anderem radioaktiver Abfall und es drohen schwere Unfälle. Im Kernfusionsreaktor liegt der Brennstoff in Form von Plasma vor – dieser Aggregatzustand entsteht, wenn man ein Gas extrem erhitzt. Die Ergebnisse wurden von einem Forscherteam in der staatlichen National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien erzielt und bedeuten einen Meilenstein auf dem Weg zur Erschließung einer neuen Energiequelle.

Beim Prozess der Kernfusion haben Forscherinnen und Forscher erstmals mehr Energie erzeugt als investiert. US-Energieministerin Jennifer Granholm sprach am ...

"Kernfusion ist die Mutter aller Energie im Universum", sagt der Physiker Markus Roth von der TU Darmstadt. Derzeit gebe es in der Branche weltweit etwa 60 Start-ups. Die Kernfusion dagegen ist sicher: Bei einer Störung würde die Temperatur fallen und die Reaktion abbrechen. Kommerzielle Kraftwerke, deren Leistung etwa der von Atomkraftwerken entspreche, seien bis Ende der 2030er-Jahre denkbar. Beim jetzigen Experiment in der National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Kalifornien hatten 192 Laser die nur wenige Millimeter große Brennstoffkammer, die winzige Mengen Wasserstoff enthielt, auf mehr als drei Millionen Grad erhitzt. Der Energieertrag habe nur einen Bruchteil des Eintrags betragen, erläutert Tony Roulstone von der Universität Cambridge. Normalerweise verhindert die Abstoßung gleichnamiger Ladungen - hier der positiv geladenen Protonen - die Vereinigung zu einem gemeinsamen Atomkern. Ebenso wie die Kernspaltung gewinnt auch die Kernfusion Energie aus den Bindungskräften von Atomkernen. Damit könnte die Kernfusion als grüne und klimaneutrale Form der Energiegewinnung in erreichbare Nähe rücken. Bei der Kernfusion werden kleine Atomkerne miteinander verschmolzen - fusioniert -, dabei wird Energie frei. "Das beweist, dass das lang verfolgte Ziel, der "Heilige Gral" der Kernfusion, tatsächlich erreicht werden kann", erklärte der Physiker Jeremy Chittenden vom Imperial College London. In irdischen Fusionsreaktoren werden die Kerne der Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium zu Heliumkernen verschmolzen.

US-Forschern ist ein Durchbruch bei der sogenannten Trägheitsfusion gelungen: Die durch Laser in Gang gesetzte Fusion erzeugte mehr Energie als ihre Zündung ...

Kritcher und Kollegen wollen in den kommenden Monaten die Leistung der eingesetzten Laser weiter erhöhen und auch den Fusionsprozess länger in Gang halten. Der Energie-Output müsse bei einem Fusions-Kraftwerk mindestens doppelt so groß sein wie der gesamte Input, sagt Tony Roulstone, der an der Universität Cambridge in Großbritannien zu Nuklearenergie forscht. Primär wollen die Forscher vor allem die Abläufe bei der Explosion von Kernwaffen wie Wasserstoffbomben besser verstehen. Bei der Trägheitsfusion hingegen wird ein Brennstoff in einer Kapsel für den Bruchteil von Nanosekunden mit starken Laserstößen beschossen und dabei komprimiert und aufgeheizt. Für einen Einsatz in einem kommerziellen Kraftwerk dagegen müsste die gesamte Anlage deutlich vereinfacht werden. Hier heizen Magnetfelder ein Plasma auf und versuchen dann, die entzündete Kernfusion lange in Gang zu halten, um zusätzliche Wärme zu erzeugen, die dann in Strom umgewandelt werden kann.