Deuterium und Tritium

Kernfusion – Brennender Plasmazustand per Laser erreicht

Robert Klatt

Kernfusion )LNLL / aeruaL nosaJnoisufnreK(Foto: © 

In den U.S.A. wurde bei der Trägheitsfusion der brennende Plasmazustand erreicht. Die Forscher bezeichnen dies als entscheidenden Schritt für die Energiegewinnung per Kernfusion.

Livermore (U.S.A.). Wissenschaftler der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) erforschen die sogenannte Trägheitsfusion, bei der ein Brennstoffpellet aus Wasserstoffkernen mit Lasern erhitzt wird. Ihnen gelang so schon vor einigen Jahren die erste Fusion. Die volle Energie der Laser konnte dabei jedoch nicht ausgenutzt wurden.

Nun ist es dem Team des LLNL laut einer Publikation im Fachmagazin Nature gelungen, sogenanntes brennendes Plasma zu erzeugen. Die Wissenschaftler bezeichnen dies als einen entscheidenden Schritt für die Energiegewinnung per Kernfusion.

Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium

Bei dem Prozess werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium bei einer sehr hohen Temperatur zu Helium verschmolzen. Im NIF befinden sie sich die Wasserstoffisotope dazu in einer Hohlkammer, die mit 192 starken Lasern beschossen wird. Dadurch heizen sich die Innenwände so hoch auf, dass Röntgenstrahlung entsteht. Die Wasserstoffisotope werden dabei so stark komprimiert, dass ihr Plasma bei 50 Millionen Grad Celsius zu Heliumkernen fusioniert und dabei Energie freisetzt.

Energierückkopplungsprozess erreicht

Wie die Physiker berichten, wurde bei diesem Vorgang nun der Energierückkopplungsprozess erreicht. Dieser wird in der Physik auch als Selbsterhitzung bezeichnet wird, weil die entstehenden Heliumkerne das Plasma weiter aufheizen. Sobald die Energie aus der Selbsterhitzung die Energie übersteigt, die aufgebracht werden muss, um die Fusionsreaktion zu starten, wechselt das Plasma in den brennenden Plasmazustand.

Möglich war dies, weil im Vergleich zu früheren Experimenten deutlich mehr Laserenergie eingesetzt wurde. Hinzukommt, dass die Forscher die Energieübertragung zwischen den Laserstrahlen optimiert haben und dass die Geometrie der Innenwände des Hohlraums verändert wurden.

1,3 Megajoule Energie

Bei einem Experiment im August 2021 wurde im Reaktor eine Energie von 1,3 Megajoule gemessen. Dies entspricht 70 Prozent der eingesetzten Laserenergie. Aktuell erfordert der Fusionsprozess also trotz des Erreichens des brennenden Plasmazustands noch immer deutlich mehr Energie, als dabei freigesetzt wird. Die Trägheitsfusion kann demnach noch nicht zur Energiegewinnung verwendet werden.

Nature, doi: 10.1038/s41586-021-04281-w

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