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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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….

Silas Loy / 24.11.2022

Hier spricht der Laie (-: Eigentlich müsste man ja nur klitzekleine Wasserstoffbomben zünden, da hat man ja die Fusion. Klappt ja bei Verbrennern auch, da sind es schliesslich auch nur Miniexplosionen in einem Zylinder.

Frank Roscher / 24.11.2022

Anscheinend haben einige hier den Realitätsbezug dazu verloren, was “Forschung” bedeutet. Verständlich. Denn wir leben etwa seit Mitte des 19.ten Jahrhunderts in einer Zeit der Wissensexplosion, wo die Menge an Erfolgen und Durchbrüchen anscheinend nur durch die Anzahl der Labore beschränkt zu sein scheint. Aber in der Geschichte der Menschheit ist das eher die Ausnahme und Forschung und Fortschritt sind mühsam erarbeitet worden. Mit Windrädern allein hat die Menschheit keine Zukunft. Wir brauchen eine stabile, skalierbare Energiequelle. Und das wird Fusion sein. Und das erste Land mit dieser Energiequelle wird zur Supermacht. Nun: das wird nicht Deutschland sein, das wissen wir. Unsere Politiker wollen zurück ins Mittelalter.

Alex Micham / 24.11.2022

Sehr interessant. Die Clickbait-Kanäle mit der Meldung auf Youtube habe ich einstweilen ignoriert und einfach gewartet, bis sich ein Fachmann meldet. Beim Castle-Bravo 15-Megatonnen-Oopsie wurden natürlich Tritium-Kerne verschmolzen. Lithium oder Deuterium zu fusionieren vermag der Mensch nicht. Lithium war aber das Ausgangselement.

Dirk Freyling / 24.11.2022

Um sich argumentativ dem Thema nähern zu können, sollte man sich erst einmal mit den “Basics” vertraut machen, wie den Aspekten der Reaktorfusion mittels magnetischen Einschlusses, dem vermeintlichen Urprinzip, „unsere Sonne als Fusions-Vorbild“ und beispielsweise der Technik einer Wasserstoffbombe. Seit den 1960er Jahren gilt »Kernfusion ist immer 30 Jahre entfernt« (nuclear fusion is always 30 years away). Bedeutet, die theoretische Modellphysik* liefert(e) keine nennenswerten Impulse für praktische Anwendungen. Und mit jeder vermeintlichen technischen Weiterentwicklung wurden neue technische Probleme ans Tageslicht befördert. Ausführungen dazu sprengen den Rahmen eines Kommentarfeldes bei Weitem. Exemplarisch Daniel Jasbby ein Physiker, der 25 Jahre lang an Kernfusionsexperimenten im Princeton Plasma Physics Lab in New Jersey gearbeitet hat und in den Bereichen Plasmaphysik und Neutronenproduktion im Zusammenhang mit der Forschung und Entwicklung im Bereich der Fusionsenergie arbeitete, erörtert die wesentlichen Probleme exemplarisch in den folgend aufgeführten Artikeln, die zur Orientierung auch weitere lesenswerte Quellen beinhalten. »ITER is a showcase … for the drawbacks of fusion energy« [2018] und »Voodoo Fusion Energy« [2019] googeln. Am Rande bemerkt: Wie zu vielen fundamentalen Fragen, ob Theoretische oder Experimental-Physik, melden sich die professionellen erfahrenen Kritiker erst “richtig” zu Wort, wenn ihre wissenschaftliche Karriere nicht mehr gefährdet ist. Um Wissenschaft und Technik selbst nachvollziehen zu können respektive verstehen zu können, bedarf es mehr als rezitieren zu können. Und Englisch lesen zu können, ist, als interessierter Artikel- und Kommentarleser, ein Muß. Wen es interessiert, ich selbst beschäftige mich seit mehr als 10 Jahren mit den Standardmodellen der Theoretischen Physik.  Bei Interesse den Suchbegriff: »Dirk Freyling Standardmodell« googeln…

Ludwig Luhmann / 24.11.2022

“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.” - Video auf Youtube zu Castle Bravo mit vielen Perspektiven und Filmsequenzen vom Fallout: 2021 Castle Bravo Nuclear explosion & late cloud (fallout) footage

giesemann gerhard / 24.11.2022

Bei der Elektrolyse von Wasser wird dieses auch warm. So kann man Wasserstoff gewinnen und zugleich die Bude heizen. Sauerstoff gibt’s gratis hinzu. Für den Planeten. Übrigens: Die Energie der UV-Strahlung der Sonne reicht aus, Wasser zu zerlegen. Aber: Irgendein Quantenphysiker hat das “verboten” - so geht es also nicht wegen dem. Ist auch gut so, denn das entstandene Knallgas täte uns sonst ständig um die Ohren krachen. Wie in Fukushima etwa. Der Verständige aber macht aus dem Wasserstoff und CO2 nichts anderes als Methanol und fährt damit herum, elektrisch oder verbrennerisch, Fundstellen inzwischen bekannt. Der Energieinhalt von Methanol (CH3OH) ist geringer als der von Erdgas, also Methan (CH4), aber dennoch recht hoch, viel höher als Kohle. Erdgas wird daher immer noch als Übergangstechnologie gehandelt, bei der “Dekarbonisierung”. Also ganz auf Null CO2 kommen sie damit auch nicht, auch nicht mit Methanol. Aber immerhin. Grund: Der Wasserstoff in den Molekülen. Die Herstellung von Methanol aus CO2 und H2 ist somit ein Einstieg in die Wasserstofftechnologie. Dass das CO2 vorerst weg ist und letzten Endes stark reduziert ist, dank der Energie, die im Wasserstoff steckt, das ist ein Kollateralnutzen, der beachtlich ist. Falls jemand so dumm ist und CO2 für etwas Gefährliches hält ... . Vorteil von Methanol: Es hat einen niedrigen Dampfdruck und siedet bei kommoden 56°C, während Methan bei minus 160°C bereits abhaut. Wasserstoff ist noch abenteuerlicher. Die Handhabbarkeit von Stoffen ist in der technischen Chemie ein wichtiges Argument.  Weil das Kosten spart und Nerven. Mit Kernfusion hat das alles nichts zu tun, wir sind hier bei der Physik der Atomhülle, also Chemie, dem Kern ist das schnurzpiepegal. Dass niemand darauf eingeht bedeutet: Sie wollen bloß nerven und die CO2-Steuer kassieren. Den Leuten das Schnaufen vergällen. Das ist alles. Ansonsten: Die Bombe tickt, “countrymeters.####/en” - und Putin versaut ihnen das Erdgas. Porca miseria.

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