First Light Fusion – ein Licht am Ende des Tunnels?

Hier und dort arbeiten neugegründete Firmen am Bau von Fusions­kraftwerken unterschiedlichen Typs. Sie werden großzügig finanziert, und zwar nicht nur durch die öffentliche Hand, sondern von privaten Geldgebern. In den USA sollen da dieses Jahr schon 5 Milliarden Dollar geflossen sein. Steht die ultimative Energiewende also dicht bevor?

„Geld ist geil wie ein Bock und scheu wie ein Reh“ (Franz Josef Strauß). Hier ist ersteres der Fall, das Thema Kernfusion hat offensichtlich enorme Anziehungskraft auf Investoren. Ist das ein untrügliches Zeichen dafür, dass der Strom demnächst aus dieser idealen Energiequelle sprudeln wird?

Vorsicht: die Natur lässt sich nicht zum Narren halten und Atome lassen sich nicht bestechen. Schauen wir uns die Sache genauer an. Wichtig: Man baut derzeit keine Fusionskraftwerke, man betreibt Machbarkeitsstudien. Die sind zum Teil extrem aufwändig, aber sie haben bislang nur gezeigt, dass es so nicht geht. Das sind fraglos wichtige Erkenntnisse und Meilensteine, welche die Forschung voranbringen, und eines Tages wird vielleicht jemand rufen „Heureka, jetzt hat es funktioniert, wir haben es geschafft!“ und die Welt wäre alle Sorgen in Sachen Energie los.

Aber auch ab dann würde es noch ein oder ein paar Jahrzehnte dauern, bis eine industrielle Anlage gebaut ist, die Strom ins Netz speist. Fakt ist, dass man bis heute kein einziges Mal Energiegewinn durch kontrollierte Kernfusion erzielen konnte, auch nicht im Laboratorium.

Eine Bomben-Überraschung

Die Physik hinter der Kernfusion ist bekannt. Man muss ein Gemisch von sehr leichten Atomkernen in ausreichender Dichte auf hohe Temperatur bringen, sodass diese mit sehr großer Geschwindigkeit aufeinanderprallen. Das Ganze muss man lang genug zusammenhalten, dann beginnt die Fusion und liefert hoffentlich mehr Energie, als wir in die Sache investiert haben. Diese Bedingungen hat man auf Erden bislang nur in der Wasserstoffbombe schaffen können. Da wird eine „herkömmliche“ Atombombe aus Uran oder Plutonium mit Material zusammengebracht, dessen Atomkerne verschmelzen sollen.

Die Amerikaner haben im Jahre 1954 in einem Test die Atomkerne von Deuterium und Lithium verschmolzen. Deuterium kommt mit geringer Häufigkeit im Wasser vor und Lithium ist ein leichtes, natürliches Element. Man hatte die Sache aber offensichtlich nicht zu Ende gedacht. Die Bombe mit den Code Namen „Castle Bravo“ setzte statt der erwarteten sechs Megatonnen eine Energie von 15 Megatonnen frei.

Es muss ein apokalyptisches Ereignis gewesen sein, und es muss den verantwortlichen Forschern und Militärs einen moralischen Schock von einigen Megatonnen versetzt haben. Jedenfalls blieb Castle Bravo die stärkste Bombe, welche die USA jemals gezündet haben. Das erwähnte Lithium ist übrigens dasselbe Material, das man in den Batterien unserer Laptops findet, die manchmal Feuer fangen. Aber das hat nichts mit Kernfusion zu tun.

Mit roher Gewalt

2011 ist in England eine Firma mit dem Namen „First Light Fusion“ entstanden, ein „Spin Out“ der University of Oxford, welche nun friedliche Kernfusion auf ähnliche Weise herbeiführen will wie oben beschrieben: durch rohe Gewalt. Anstelle einer Atombombe setzt man ein Geschoss ein, welches mit hoher Geschwindigkeit auf ein Zielobjekt, ein „Target“, gefeuert wird, in dem sich die Substanz befindet, die fusionieren soll.

Das Projektil wiegt 100 Gramm und ist 6,5 km/sec schnell – das ist etwa zehnmal so schnell wie das Geschoss einer Flak, aber nicht schnell genug, um die Atomkerne im Target auf die notwendigen paar Promille der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Und da setzt First Light nun einen Trick ein, wie Sie ihn vielleicht schon im Zirkus gesehen haben: eine Wippe, die nicht symmetrisch ist. Auf dem langen Ende steht ein zierliches Mädchen im Glitzerkleid, und auf das kurze Ende springen zwei massive Kerle, die ein Vielfaches von deren Gewicht auf die Waage bringen. Vor den ungläubigen Augen des Publikums wird die Kleine nun hoch hinauf in die Zirkuskuppel geschleudert.

So ähnlich muss das wohl auch in besagtem Target funktionieren. Das Geschoss springt sozusagen auf das kurze Ende der Wippe, und die Atomkerne auf der anderen Seite werden auf die vielfache Geschwindigkeit beschleunigt. Das jedenfalls ist wohl das Prinzip. Was nun tatsächlich im Inneren des Targets im atomaren Maßstab passiert, das verraten uns die Forscher von First Light nicht. Aber funktioniert es denn? Hat man Fusion bekommen?

Die verräterischen Teilchen

Was da in dem Target passiert, wenn das Geschoss eintrifft, das ist kein Kindergeburtstag, da ist die Hölle los. Wie soll man nun feststellen, ob in diesem Chaos Kernfusion stattgefunden hat?

Im Zentrum des Targets haben die Forscher von First Light etwas Deuterium untergebracht, in der Hoffnung, dass zwei Deuterium-Kerne – jeder besteht aus einem Proton und einem Neutron – verschmelzen. Daraus entsteht dann ein Kern Helium 3 – bestehend aus zwei Protonen und einem Neutron. Es bleibt also ein Neutron übrig, welches mit hoher Geschwindigkeit seine eigenen Wege geht.

Freie Neutronen leben nur eine Viertelstunde und sind eine absolute Seltenheit, es sei denn, irgendwo in der Nähe findet Kernphysik statt. Würde man also nach so einem Schuss in der Umgebung des Targets Neuronen entdecken, dann wäre das ein ziemlich sicheres Zeichen, dass es Fusion gegeben hat.

Und – hat man denn nun Neutronen entdeckt? Heureka! Man hat: 50 Stück an der Zahl.

Vorsicht ist geboten

Es gab da schon einmal so eine Sache. 1989 hatten die beiden Chemiker Pons und Fleischmann bei der Elektrolyse von schwerem Wasser, also von D2O, einen mysteriösen Temperaturanstieg und zudem freie Neutronen beobachtet, die bei der Gelegenheit entstanden sein sollten. Und so interpretierten die beiden ihre Beobachtungen als kalte Kernfusion. Es war ein Irrtum und „Cold Fusion“ wurde zum Synonym für wissenschaftliches Wunschdenken.

Wir wünschen dem Team von First Light (das übrigens noch nicht so richtig gegendert ist), dass sie über die ersten 50 Neutronen hinaus noch viele weitere finden, und dass ihr Schuss in das Target kein Schuss in den Ofen war. Es wäre nicht nur schön für die Forscher und die Investoren, sondern auch für den Rest der Welt.

Falls in dem System dann tatsächlich reproduzierbar Fusion stattfindet, dann könnte nach eigenen Angaben in den dreißiger Jahren ein solches Kraftwerk Strom liefern. Bis dahin dürfen wir eben noch nicht warm  duschen, wenn überhaupt.

Dieser Artikel erschien zuerst im Blog des Autors, Think-Again. Seine Bestseller „Grün und Dumm“ sind bei Amazon erhältlich.

Foto: Pixabay

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Leserpost

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giesemann gerhard / 24.11.2022

“Die Bombe mit den Code Namen „Castle Bravo“ setzte statt der erwarteten sechs Megatonnen eine Energie von 15 Megatonnen frei”. Aha. Energie wird also in Megatonnen gemessen und gewogen. Respekt. Sollte aber Megatonnen TNT, sogenannter “herkömmlicher” Sprengstoff gemeint sein, dann hier ein kleine Geschichte: TNT habe ich selbst mal hergestellt - in kleinen Mengen, paar Gramm.  Deshalb weiß ich, das ist “Trinitrotoluol”. Du nimmst Toluol (= Methylbenzol ausm Erdöl), nitrierst das mit der bösartig rauchenden Salpetersäure und voilà, da isses. Es ist so scharf wie die Heilige Handgranate von Antiochia, wegen der Dreieinigkeit der Nitrogruppen in dem Molekül. Das rumst gerne mit Schmackes. Man erkennt die Sprengkraft der Trinität. Steckt es in einer österreichischen Handgranate, dann gilt: Wanns di trifft, zarrupfts di. Triffts di need, dann ist die moralische Wirkung eine ungeheure. Wir beten: Heilige Handgranate von Antiochia, die was du gebenedeit bist unter den Granaten, dank der Brisanz deiner Ladung - Tri-Nitro-Toluol ... . Seitdem nennt man scharfe Weiber gerne “Granaten”.

Olaf Hüffner / 24.11.2022

Bitte verwechseln sie nicht das Wasserstoffbrennen der Sonne (H+H=He) mit den versuchten Fusionsreaktionen auf der Erde (mittels Deuterium, Tritium). Das Wasserstoffbrennen benötigt den Gravitationsdruck von rd. 29 Jupitermassen, um einen “braunen Zwerg” zu starten - also unmöglich auf einem Planeten. Auf der Erde sind also andere Parameter maßgeblich. Neben der Kontrolle des Plasmas liegt die Herausforderung in dem Starten der Fusionsreaktion, z.B. durch massiven Strahlungsdruck auf die zu fusionierenden Atomkerne. Vielleicht sind die Ami´s mal wieder weiter - Stichwort: Z-Machine

Emmanuel Precht / 24.11.2022

Wer braucht denn die Kernige Fusion wenn wir doch Annalenas Tiefkühlhühnchen (das Wort hat viele “h”) haben. Da werden die Kobolde in der Leitung verrückt. Jetzt zu Weihnachten in Annalenas Welt, bei Ihr zu Hause: “Danieeeel” “Ja Anni?” “Wo steckt man beim Hühnchen den Stecker für die Baumbeleuchtung rein? Wohlan…

giesemann gerhard / 24.11.2022

Unsere liebe Sonne macht ihre Kernfusion im Innern bei gigantischen Drücken und “gemäßigten” Temperaturen. Ab der Oberfläche ist die Sonne gerade mal 10.ooo °C warm. Die Drücke können wir auf Erden nicht machen, daher geht das Ganze auch nicht. Selbst VIEL höhere Temperaturen als die, die die Sonne benutzt, können das nicht ausgleichen. Aus der Sonnenmasse und deren Gravitation lässt sich abschätzen, dass in der Sonne Temperaturen von etwa 15 Mio.°C und ein enormer Druck von über 200 Milliarden Atmosphären herrschen. Das soll mal einer nachmachen. Und wozu auch, wo wir doch einen Kernreaktor im genau richtigen Abstand haben. Um den wir mit einem Affenzahn herumkurven (30 km/s). Wären wir nicht gar so viele, dann könnten uns sogar Sonne und Wind ausreichen. Zum Rest nehmen wir Kohle und Holz, Erdgas und Erdöl. Erdwärme (1.ooo°C weiter unten, Lava hat so 600 bis 800°C) wäre ein Option. Und Methanol bleibt für die ganz Schlauen. Wo ist das Problem? Klar, bei der Bombe: “countrymeters.####/en” Die Wasserstoffbombe ist ein leises Lüftchen dagegen. Mal sehen, wann sie es kapieren. Kann noch dauern, aber nicht mehr lange. Wir blinzeln derweil in die Sonne und vögeln am Strand.

Klaus Keller / 24.11.2022

Der wichtigste Fusionsreaktor der Region, die Sonne, funktioniert ganz ausgezeichnet. Ich kann gar nicht sagen wie viel Terawatt Wärme gerade geliefert werden. Ich kann aber sagen das elekticity maps gerade anzeigt das früher an Deutschland gelieferte und gespeicherte Energie in Form von Biomasse gerade 38,8 Gigawatt Strom abliefert.  Also allein nur die Braunkohlekraftwerke! 70% der installierten Leistung! - Ich denke man sollte ihr mal wieder einen schönen Gottesdienst widmen und eine Gedenkminute für jedes gesprengte Kohlekraftwerk einlegen.

Manuel Schlestein / 24.11.2022

Hmmm, seltsamer Artikel und viel Nonsense ... ja, derzeit gibt es viele Startups und andere die sich hier versuchen, klar ist auch das die meisten scheitern werden. Das ändert jedoch nix daran das es 2 Funktionsprinzipien gibt die man mittlerweile gut im Griff hat und die WEIT über Machbarkeitsstudien hinaus gehen. ITER (Ein Tokamak) in Frankreich, der definitiv mehr Energie liefern kann als man reinstecken muss. Der dient dazu damit wir lernen ein Fusions-Großkraftwerk zu bauen und zu betreiben. Daher “kann”, das er ein Energieüberschuss produziert ist nur einer von vielen Aspekten die hier verprobt werden. Zudem noch den Stellarator, der bei uns als Forschungsreaktor läuft um das Plasmaverhalten bei dessen seltsam geformten Magnetfeldern zu studieren. Mit beiden, Tokamak und Stellarator lässt sich Energie gewinnen, wenn man die Reaktoren groß genug baut. Das lässt sich ausrechnen. Mittlerweile sind einfach viele technische und physikalische Hürden aus dem Weg geräumt worden bei diesen beiden Reaktortypen. Ändert natürlich nix daran das man hier nach wie vor noch zwei oder drei Jahrzehnte davon entfernt ist eine Blaupause für den Reaktorbau zu haben mit dem sich das dann kommerziell umsetzten lässt.

Sam Lowry / 24.11.2022

Das Ganze wird meines Erachtens so gut funktionieren wie ein bayerisches Flug-Taxi. Also ganz kurz mal als Prototyp; und dann wieder in der Versenkung verschwinden. Dabei kann man sagen, dass die “Plasmalebenszeit” im Wendelstein 7x bisher ähnlich lang ist wie die Flugzeit eines Flug-Taxis…

Emil.Meins / 24.11.2022

Ein Beispiel zu Forschung und Entwicklung in Deutschland, und wie Erfindungen/Patente von (nicht-)interessierten Gruppen aufgekauft werden, und in der Schublade verschwinden. In den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelte ein Schwager aus meiner Familie, der an der Uni mit Korngrößenanalyse befasst war, ein Verfahren zur Trennung industrieller Materialien nach deren Korngröße. Bisher waren dazu Siebe verwendet worden, was aber u.a. zu Verschmutzung durch Siebabrieb führte. Die neue Methode verwendete eine Suspension der zu trennenden Materialien, die in einem genau berechneten Behältnis rotierte, wodurch sich die verschiedenen Korngrößen in verschiedener Höhe abnehmen ließen. Das eigentliche Geheimnis war aber der Emulgator, der die Teilchen in der Schwebe hielt. Nachdem das Institut der Uni die Forschung als erfolglos aufgegeben hatte, arbeitete er privat weiter an der Lösung, und entwickelte das Verfahren erfolgreich zur Marktreife. Er ließ sich das Verfahren patentieren und trennte in der Folgezeit aus Russland eingeführten Diamantstaub für industrielle Zwecke.  Irgendjemand schien das aber nicht zu gefallen, denn plötzlich stellten die Lieferanten keine Rohstoffe mehr zur Verfügung. Damit war das Geschäftsmodell am Boden, und irgendwann erhielt er ein Angebot, sein Patent zu verkaufen. Wer genau dahinter steckte, vielleicht die Siebindustrie oder andere Interessen, blieb ungeklärt, und das Verfahren verschwand in irgendeiner Schublade. Mit vielen anderen “Erfindungen”, die irgendwelche vorhandenen Geschäftsmodelle gefährden könnten, dürfte es ähnlich ablaufen. Stattdessen haben wir dann solche wunderbaren Formate wie “Höhle der Löwen” mit Maschmeyer und Konsorten, wo dubiose Gestalten vermeintliche Erfindungen präsentieren, die dann kurz darauf auf den Wühltischen der Billigläden verramscht werden. Brot und Spiele….

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