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Kernfusion: Drei Start-ups haben die Nase vorn

Private Unternehmen wollen dem staatlichen Fusionsforschungsreaktor Iter den Rang ablaufen. Sie können mit relativ wenig Ressourcen bemerkenswerte Fortschritte vorweisen.

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Kernfusion: Drei Start-ups haben die Nase vorn

In der Vakuumkammer des Testreaktors von TAE Technologies treffen von zwei Seiten gebündelte Protonenstrahlen aufeinander und lassen ein sich selbst stabilisierendes heißes Plasma entstehen.

(Bild: TAE Technologies)

Beim Rennen um Fortschritte in der Fusionsforschung haben vor allem die Start-ups TAE Technologies in Kalifornien, General Fusion in Kanada und Tokamak Energy die Nase vorn. Damit übertrumpfen diese privaten Unternehmen große Vorhaben, wie den mit 20 Milliarden Euro staatlich finanzierten, multinationalen Fusionsforschungsreaktor Iter, das berichtet Technology Review in seiner SPECIAL-Ausgabe (ab sofort im Handel und im heise shop erhältlich).

Grundsätzlich geht es bei der Kernfusion darum, den gleichen Prozess in Gang zu bringen, der seit Milliarden von Jahren in der Sonne und jedem leuchtenden Stern im All abläuft. Dazu muss ein Plasma aus Atomkernen in einem starken Magnetfeld fixiert und auf 150 Millionen Grad Celsius aufgeheizt werden. Ansätze dafür wurden schon vor vierzig oder fünfzig Jahren ersonnen, aber rasch wieder verworfen, weil die geeignete Technik fehlte. Nun aber, mit neuen Materialien, empfindlicheren Sensoren und vor allem der geballten Rechen- und Regelungsleistung heutiger Computer, kann sich der Griff in die Ablage der Plasmaphysik wieder lohnen.

Darauf setzen auch die drei Start-ups. "In allen drei Unternehmen arbeiten gewiefte Leute", sagt Karl Lackner, der als emeritierter Fusionsforscher der ersten Stunde maßgeblich am Iter-Konzept beteiligt war. "Und ihre Ansätze sind im Vergleich zu einigen anderen mit Abstand die seriösesten."

Das Team um Michl Binderbauer etwa, seit April 2017 Präsident von TAE Technologies, entwickelte gemeinsam mit Experten von Google eigens einen neuen Algorithmus für seine Experimente, der verblüffende Wege zur besseren Stabilisierung und Kontrolle des überaus empfindlichen Plasmas eröffnete. Mitte des Jahres gelang es seinem Team, in dem 20 Meter langen und fünf Meter hohen Testreaktor Norman ein solches Plasma zehn Millisekunden lang stabil zu halten. Für die Erzeugung von Fusionsstrom ist das noch viel zu kurz. "Störungen im Plasma treten aber innerhalb wenigen Hundert Mikrosekunden auf", sagt Binderbauer. Also reichen die wenigen Millisekunden für Analyse und Optimierung der Plasmaparameter völlig aus. Hunderte Sensoren für Druck, Temperatur, Plasmaform und Magnetfelder erleichtern dabei die stetige Datensammlung.

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"Nun können wir rasch die Bedingungen bestimmen, die für Fusionsreaktionen nötig sind", sagt Binderbauer. Das ist umso wichtiger, weil sich sein Ansatz fundamental von dem bei Iter unterscheidet. So will TAE statt der zwei schweren Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium das Isotop Bor-11 mit jeweils einem Proton fusionieren.

Der Schlüssel dazu liegt in einem möglichst dichten und langlebigen Plasma. Zu dessen Erzeugung dienen gebündelte Strahlen aus Protonen, also den Atomkernen von Wasserstoff: Sie werden exakt justiert in das Zentrum der tunnelförmigen Struktur des Reaktors geschossen, durch ihre Kollision soll dann die immense Hitze entstehen, die für eine Kernfusion mit dem getrennt injizierten Bor nötig ist. Einzigartig an diesem Ansatz ist, dass sich das heiße Plasma mit einem quasi selbst erzeugten Magnetfeld stabilisiert. Ein von großen Magneten aufgebautes externes Magnetfeld, das wie bei Iter das Plasma geladener Teilchen sicher einschließen soll, erübrigt sich dadurch.

ITER: Der Kernfusionsreaktor in Frankreich (10 Bilder)

Bauarbeiten auf dem ITER-Gelände (Bild: © ITER Organization, http://www.iter.org/)

Welche Ansätze die anderen zwei Start-ups verfolgen, lesen Sie in der aktuellen Ausgabe der Technology Review SPECIAL (jetzt im Handel und im heise shop erhältlich).

(Jan Oliver Löfken) / (jle)

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