Im kalifornischen Livermore haben US-Wissenschaftler den größten Laser der Welt gebaut. Schon bald wollen sie damit eine sich selbst erhaltende
Fusionsreaktion zünden. Im internationalen Rennen um die Nutzung der
Fusionsenergie haben die Amerikaner damit die Nase vorn.
Es ist Ende April, als die Arbeiter die letzten Teile der „National Ignition Facility“ (NIF) montieren. Unter den Bauhelmen tragen die Männer Haarnetze, über der Arbeitskleidung weiße Laborkittel, an den Händen Latex-Laborhandschuhe. Sie haben sich in der zentralen Zielkammer versammelt – einem kugelförmigen Raum mit zehn Meter Durchmesser, vollgestopft mit 48 polierten Aluminiumröhren. Konzentriert bereiten sie die Montage von einem der letzten entscheidenden Teile vor: ein Sensor zur Positionierung des sogenannten Targets. Nur wenn dieses Goldröhrchen, das eine Kugel aus gefrorenem Wasserstoff umhüllt, exakt in der Mitte der Kammer platziert wird, wird das Experiment gelingen.
Das Ziel der US-Forscher in Livermore ist ein alter Menschheitstraum: das Feuer der Sonne auf Erden zu entzünden. 192 hochenergetische Laserstrahlen sollen auf eine Wasserstoffkugel abgefeuert werden. Jeder einzelne dieser Strahlen transportiert mehr Energie als der bislang existierende stärkste Laser der Welt, erklärt Bruno Van Wonterghem, Betriebsleiter am NIF. Alle Laserstrahlen zusammen bringen 1,5 Megajoule ins Ziel – das ist so viel Energie, als würde man einen Zehn-Tonnen-Lkw aus 15 Meter Höhe fallen lassen. Der Laserbeschuss dauert nur 20 Nanosekunden.
Das genügt, um die Wasserstoffkugel in eine Welle aus hochenergetischen Röntgenstrahlen einzuhüllen. Das zwei Millimeter kleine Wasserstoff-Pellet wird mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,5 Millionen Kilometer pro Stunden implodieren, „und all die kinetische Energie, die wir in das Kügelchen einbringen, wird in Hitze umgewandelt“, sagt Van Wonterghem. Unvorstellbare 100 Millionen Grad Celsius heiß wird es dann im Inneren der Kugel, und der Wasserstoff wird so weit komprimiert, dass die Dichte hundertmal höher ist als die von Blei. In diesem Höllenfeuer existiert der Wasserstoff nur noch als diffuse Wolke aus durcheinander fliegenden Elektronen und Atomkernen, dem sogenannten Plasma. Wenn zwei Atomkerne sich in diesem Plasma so nahe kommen, dass sie die elektrische Abstoßung überwinden, verschmelzen sie, und es entsteht Helium.
Dabei wird in einem Ausmaß Energie frei, in dem sich alle anderen Energiequellen recht mickerig ausnehmen: Ein Kilo Wasserstoff verschmolzen zu Helium liefert so viel Energie, als würde man 11000 Tonnen Steinkohle verheizen. Schon lange träumen Wissenschaftler deshalb davon, diese Reaktion, die auch die Sonne befeuert, als quasi unerschöpfliche Energiequelle auf der Erde zu nutzen. Doch bislang ist es der Menschheit lediglich gelungen, das zerstörerische Potenzial dieser Technologie zu entfesseln – in Form der Wasserstoffbombe. Denn um die Fusionsreaktion wirklich zu zähmen, muss man Drücke und Temperaturen erzeugen, denen bislang kein Material der Welt standhält.
Die Forschung setzt daher auf zwei verschiedene Wege, um dieses Problem zu lösen: Die weltweit von den meisten Wissenschaftlern bevorzugte Methode besteht darin, das heiße Plasma in ein Magnetfeld einzuschließen: Das ist möglich, weil sich bewegende geladene Teilchen von Magnetfeldern abgelenkt werden. Bereits 1952 hatte der später als Bürgerrechtler bekannt gewordene russische Physiker Andrej Sacharow mit seinem Kollegen Igor Tamm Pläne für eine reifenförmige Reaktionskammer vorgelegt, in der extrem starke Magnetfelder ein Plasma-Gemisch aus den schweren Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium einschließen. Induzierte Ströme sollten das ionisierte Gas aufheizen. In den 1960er-Jahren griffen auch die Amerikaner und Europäer das Prinzip des von den Russen „Tokamak“ getauften Reaktors auf. Das bislang ehrgeizigste Tokamak-Projekt ging 1983 im englischen Culham in Betrieb: „Jet“, der „Joint European Torus“, hat einen Durchmesser von sechs Metern und schaffte am 9. November 1991 erstmals die Kernfusion – damit war die Machbarkeit bewiesen. Sechs Jahre später gelang es den Wissenschaftlern am Jet, eine Fusionsleistung von 16 Megawatt zu erzeugen und so immerhin 65 Prozent der zuvor in das Plasma eingebrachten Heizleistung zurückzugewinnen.
Die nächste Tokamak-Generation, der europäische Fusionsreaktor Iter, der im südfranzösischen Cadarache gebaut wird, soll den magischen Effizienzsprung schaffen – also mindestens genauso viel Energie erzeugen, wie zur Plasma-Aufheizung verbraucht worden ist. „Ein Fusionsreaktor ist erst dann wirklich interessant, wenn er groß ist“, sagt Norbert Holtkamp, technischer Direktor des Iter-Projektes, „denn Fusion wird einfacher, wenn der Reaktor größer wird. Aber um das zu zeigen, muss man eine Menge Geld investieren.“ Das heißt in diesem Fall etwa zehn Milliarden Euro, die sieben internationale Partner schultern: die EU, Japan, Russland, China, Südkorea, Indien und die USA. Die exakten Kosten sind nicht zu beziffern, weil der Reaktor zum größten Teil in Form von Sachleistungen gebaut wird.
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Neugierig geworden? Der vollständige Artikel erschien in der Print-Ausgabe 12/2009 von Technology Review und steht als kostenpflichtiges pdf im Heise Kiosk zum Download bereit.
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