Die Leistung von Wissenschaftlern aus Oxfordshire weckt die Hoffnung, dass die Kernfusion für kohlenstoffarme Energie genutzt werden kann.
Die Aussicht, die Kraft der Sterne nutzbar zu machen, ist einen Schritt näher an die Realität gerückt, nachdem Wissenschaftler einen neuen Rekord für die Energiemenge aufgestellt haben, die bei einer anhaltenden Fusionsreaktion freigesetzt wird.
Forscher am Joint European Torus (JET), einem Fusionsexperiment in Oxfordshire, erzeugten während eines fünfsekündigen Fusionsausbruchs 59 Megajoule Wärme – das entspricht etwa 14 kg TNT – und übertrafen damit den bisherigen Rekord von 21,7 Megajoule aus dem Jahr 1997, der in derselben Anlage aufgestellt wurde.
Die am Mittwoch bekannt gegebene Leistung ist das Ergebnis von mehr als zwei Jahrzehnten an Tests und Verfeinerungen im Culham Centre for Fusion Energy und wurde als „wichtiger Meilenstein“ auf dem Weg zur Fusion als praktikable und nachhaltige Energiequelle mit geringem Kohlendioxidausstoß gefeiert.
„Diese bahnbrechenden Ergebnisse haben uns der Bewältigung einer der größten wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen einen großen Schritt näher gebracht“, sagte Prof. Ian Chapman, der Leiter der britischen Atomenergiebehörde. „Es ist klar, dass wir erhebliche Veränderungen vornehmen müssen, um die Auswirkungen des Klimawandels zu bewältigen, und die Kernfusion bietet so viel Potenzial“.
Der donutförmige JET ist so gebaut, dass er Plasmen oder hochionisierte Gase enthält, die auf 150 Mio. Grad Celsius erhitzt werden, zehnmal heißer als das Zentrum der Sonne.
Bei solch extremen Temperaturen können Atomkerne miteinander verschmelzen, um neue Elemente zu bilden und riesige Mengen an Energie freizusetzen. Dieselben Fusionsreaktionen treiben auch die Sonne an, allerdings bei wesentlich niedrigeren Temperaturen, da die Schwerkraft der Sterne hier unterstützend wirkt.
Die Experimente bei JET konzentrierten sich auf die Frage, ob die Fusion mit einem Brennstoff möglich ist, der auf zwei Wasserstoffisotopen, Deuterium und Tritium, basiert, die sich zu Heliumgas verbinden. Die jüngsten Ergebnisse deuten darauf hin, dass dies der Fall ist, und sind eine wichtige Bestätigung für Iter, ein größeres Fusionsprojekt, das in Südfrankreich gebaut wird. Iter soll im Jahr 2035 mit der Verbrennung von Deuterium-Tritium-Brennstoff beginnen und letztlich mehr Wärme erzeugen, als für die Aufrechterhaltung der hohen Plasmatemperatur erforderlich ist.
Wenn mit Iter alles gut läuft, ist der nächste Schritt der Bau eines europäischen Demonstrationskraftwerks, das mehr Strom produziert als es verbraucht und an das Stromnetz angeschlossen wird. Die Aussicht auf Fusionsenergie ist äußerst attraktiv, da sie keine Treibhausgase freisetzt und 1 kg Fusionsbrennstoff etwa 10 Mio. Mal so viel Energie enthält wie 1 kg Kohle, Öl oder Gas.
Während Deuterium im Meerwasser reichlich vorhanden ist, ist Tritium extrem selten und wird in Kernreaktoren erzeugt. Künftige Fusionskraftwerke – einschließlich Iter – sollen ihren eigenen Tritiumbrennstoff herstellen, indem sie hochenergetische Neutronen nutzen, die bei der Verschmelzung von Deuterium und Tritium freigesetzt werden, um das gewöhnliche Metall Lithium in Tritium und Helium zu spalten.
Dr. Mark Wenman, Dozent für Nuklearmaterialien am Imperial College London, erklärte, dass das Experiment zwar nur fünf Sekunden lang Fusionsenergie freisetzte, aber bewies, dass der Brennstoff auf nachhaltige Weise verbrannt werden kann. „Es ist schon eine Weile her, dass ein solcher Rekord aufgestellt wurde, und es ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Beweis, dass die Kernfusion eine brauchbare und nachhaltige Energiequelle für die Zukunft ist.
„Fünf Sekunden hören sich nicht nach viel an, aber wenn man es fünf Sekunden lang brennen lassen kann, kann man es vermutlich stabil halten und viele Minuten, Stunden oder Tage lang brennen lassen, was man für ein richtiges Fusionskraftwerk braucht. Das ist der Beweis für dieses Konzept, den sie erbracht haben“, sagte er.
Prof. Ian Fells, emeritierter Professor für Energieumwandlung an der Universität von Newcastle, bezeichnete die rekordverdächtige Freisetzung von Fusionsenergie als „Meilenstein“ in der Fusionsforschung. „Jetzt liegt es an den Ingenieuren, dies in kohlenstofffreien Strom umzuwandeln und das Problem des Klimawandels zu mildern“, fügte er hinzu.
Datum: Februar 09, 2022
Quelle: The Guardian