Kernfusion: Eine saubere Energiequelle der Zukunft?
Die Kernfusion, der Prozess, der die Sonne antreibt, verspricht eine saubere und nahezu unerschöpfliche Energiequelle für die Zukunft. Doch trotz jahrzehntelanger Forschung ist die Technologie noch nicht marktreif.
Aktueller Stand der Kernfusion
Aktuell gibt es weltweit mehrere vielversprechende Projekte, die die Machbarkeit der Kernfusion demonstrieren sollen.
- ITER in Frankreich ist das größte und ambitionierteste Projekt.
- Der JET in Großbritannien hält den Rekord für die erzeugte Fusionsenergie.
- Die National Ignition Facility (NIF) in den USA verfolgt den Ansatz der Trägheitsfusion und konnte erstmals mehr Energie aus der Fusion gewinnen, als zum Zünden benötigt wurde.
Neben diesen staatlichen Projekten engagieren sich auch immer mehr private Unternehmen in der Fusionsforschung.
Geschichte der Kernfusion
Die Geschichte der Fusionsforschung begann in den 1920er Jahren. In den 60er Jahren investierten die USA und die Sowjetunion massiv in die Forschung und entwickelten verschiedene Reaktorkonzepte wie den Tokamak und den Stellarator. Großbritannien leistete wichtige Beiträge zur Theorie und Deutschland gründete das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. In den 90er Jahren konzentrierten sich die USA auf die Trägheitsfusion, während Europa mit dem JET-Projekt Fortschritte im Bereich des Tokamaks erzielte. Japan und Russland leisteten ebenfalls wichtige Beiträge.
Die vier wesentlichen Fusionsgleichungen
Die Verschmelzung von Wasserstoffisotopen zu Helium und Energie wird durch folgende Gleichungen beschrieben:
- D + T → He-4 + n + 17,6 MeV (Deuterium + Tritium)
- D + D → He-3 + n + 3,27 MeV (Deuterium + Deuterium)
- D + D → T + p + 4,03 MeV (Deuterium + Deuterium)
- D + He-3 → He-4 + p + 18,3 MeV (Deuterium + Helium-3)
Das Tripelprodukt
Das Tripelprodukt (n * T * τ) ist ein Maß für die Effizienz eines Fusionsreaktors. Es kombiniert die Plasmatemperatur (T), die Teilchendichte (n) und die Energieeinschlusszeit (τ). Ein hoher Wert bedeutet effiziente Fusionsbedingungen.
Tokamak und Stellarator
Tokamak und Stellarator sind die wichtigsten Reaktorkonzepte, die auf magnetischem Plasmaeinschluss basieren.
- Tokamak: Ringförmiges Magnetfeld, erzeugt durch Strom im Plasma.
- Stellarator: Magnetfeld erzeugt durch externe Spulen.
Der Tokamak ist technologisch einfacher, während der Stellarator einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht.
Trägheitsfusion
Bei der Trägheitsfusion wird ein Brennstoff-Pellet mit Lasern beschossen und komprimiert, bis es zur Fusion kommt. Die NIF ist ein Beispiel für diesen Ansatz.
Kalte Fusion
Kalte Fusion bezeichnet hypothetische Fusionsreaktionen bei Raumtemperatur. Sie ist wissenschaftlich umstritten.
Fazit
Die Kernfusion ist eine komplexe Technologie mit großem Potenzial. Internationale Zusammenarbeit und private Investitionen lassen hoffen, dass die Kernfusion eines Tages zur Energieversorgung beitragen kann.