Kernfusion goes nano

nanoDer Strom der Zukunft kommt aus dem Kernkraftwerk – doch wir werden weder gigantische Fissions- noch Fusions­reaktoren brauchen, die zur Erzeugung der gewünschten Reaktion ungeheure Temperaturen und Drücke benötigen. Die Suche nach funktionierenden und effizienten Fusions­reaktoren wird davon befeuert, dass wir saubere und erneuerbare Energie benötigen, die uns bestenfalls unbegrenzt zur Verfügung steht.

Viele Regierungen und Privatunternehmen haben in die beste derzeit verfügbare Wissenschaft investiert, um eine Kernfusion mit hohem Wirkungsgrad zustande zu bringen. Bisher ist das niemandem gelungen, obwohl die Forscher ihrem Ziel heute schon viel näher sind. „In ein paar Jahren“ heißt es immer wieder – wobei manche auch von 20 Jahren sprechen.

Wo liegt das Problem? Im Wesentlichen geht es bei der Kernfusion darum, eine Sonne im Kleinformat zu erzeugen, in der sich dieselben chemischen Vorgänge ereignen wie in unserer Sonne. Dabei folgt man Entwürfen, die mittlerweile 30 Jahre alt sind und in denen sich alles um große Gefäße voll extrem heißen Plasmas mit denselben Wasserstoff­isotopen wie in der Sonne dreht – Deuterium und Tritium. Man will die Kerne dazu bringen, perfekt mit­einander zu kollidieren und zu einem Heliumkern zu verschmelzen, wobei sie beträchtliche Mengen an Energie, Neutronen und Licht freisetzen.

In der Sonne findet dieser Prozess dank des immensen Volumens und des dort herrschenden Drucks auf natürliche Weise statt. Auf der Erde ist er wegen des sehr viel kleineren Volumens nur äußerst schwierig herbeizuführen. Zum Ausgleich der Differenz führen die Wissenschaftler Wärme zu, um die Teilchen zur Kollision und Fusion anzuregen. Die Temperatur ist dabei 200-mal so hoch wie in der Sonne und beträgt nahezu drei Milliarden Grad Celsius. Zu ihrer Erzeugung ist Strom erforderlich – ein torusförmiger Fusionsreaktor von normaler Größe benötigt 50 MW zum Herbeiführen einer Fusion, also so viel Strom wie eine Kleinstadt. Bei der Menge an Energie, die für die Wärmeerzeugung eingesetzt wird, entsteht durch die Fusion allerdings kein Energieüberschuss … und wird es wahrscheinlich auch nie.

Problematisch sind hier auch die Größe der Gefäße und die Eindämmung der heißen Gase, die nach Ausdehnung streben. Da sich Plasma nur schwer eindämmen lässt, müssen Magnetfelder von ungeheurer Stärke erzeugt werden, die das Plasma steuern, die Anlagen schützen – und dabei noch mehr Energie verbrauchen. Auf der Sonnenoberfläche gibt es hierfür Explosionen, die ähnlich funktionieren wie ein Überdruckventil und die wir bei entsprechender Heftigkeit als Sonneneruptionen oder Sonnen­flecken wahrnehmen. Diese Eruptionen können auf der Erde Störungen in Elektronik und Kommunikation hervorrufen.

Erklärtes Ziel der Fusionsprojekte ist die Erzeugung von jeweils 500 MW, also zehnmal so viel Energie wie zugeführt wird. Die erzeugte Energie wird zu 20 Prozent in Form radioaktiver Alphateilchen und zu 80 Prozent als glühend heiße Neutronen abgegeben, die Wasser zum Kochen bringen und einen Generator antreiben können. Die Alphateilchen sollen im Plasma zurückbleiben und dort die Gase kontinuierlich entzünden, womit der Vorgang teilweise selbsterhaltend wäre.

Die Verfechter dieser Technologie planen bereits, eine größere Ver­sion dieser Reaktion zu bauen, um die erwartete Fusion besser kontrollieren zu können; ähnlich wie beim CERN-Teilchenbeschleuniger in der Schweiz, wo nach der ersten Euphorie durch die Entdeckung des Higgs-Bosons auch nichts mehr gefunden wurde.

Da die meisten Physiker darüber sehr enttäuscht sind, setzen sie also auf mehr Größe – in der Hoffnung, dadurch etwas Neues zu enthüllen. Durch den Bau immer größerer Maschinen kollidiert man aber mit den „Feinheiten“ der Naturgesetze, die das Hochskalieren physikalischer Vorgänge erschweren. Viele Geräte, die im Labor auf der Mikroebene scheinbar funktionieren, tun dies auf der Makroebene nicht mehr.

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