Der Durchbruch der Kernfusion im Kontext

Letzten Monat die National Ignition Facility im Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Kalifornien angekündigt ein bedeutender Durchbruch in der Kernfusionsforschung. Seitdem haben mich viele Leute gefragt, was dieser Durchbruch wirklich bedeutet.

Lassen Sie uns zunächst einige Grundlagen der Kernfusion diskutieren. Die heutigen Kernkraftwerke basieren auf der Kernspaltung, also der Spaltung eines schweren Isotops wie Uran-235 in zwei kleinere Isotope. (Isotope sind nur verschiedene Formen eines Elements).

Einfach ausgedrückt ist die Kernspaltung wie das Schießen einer winzigen Kugel auf das Zentrum des Isotops, wodurch es instabil wird und sich spaltet. Wenn es sich spaltet, setzt es eine enorme Menge an Energie frei (Masse und Energie stehen in Beziehung zu Einsteins berühmter Gleichung E = Mc²). Diese Energie kann dann in Strom umgewandelt werden.

Einer der Haupteinwände gegen die Kernspaltung ist jedoch, dass die Nebenprodukte der Spaltung hochgradig radioaktiv und viele von ihnen langlebig sind. Mit anderen Worten, sie sind lebensgefährlich, wenn sie nicht richtig gehandhabt werden. Diese radioaktiven Nebenprodukte sind der Grund, warum einige gegen Atomkraft sind.

Kernfusion, die die Energiequelle für Sterne wie unsere Sonne ist, ist anders. Bei der Fusion zwingen Sie kleinere Isotope zusammen, um größere Isotope zu bilden. Typischerweise beinhaltet dies die Kombination von Isotopen von Wasserstoff – dem kleinsten Element – ​​zu Helium. Diese Reaktion setzt noch mehr Energie frei als die Spaltreaktion, aber was noch wichtiger ist, es entstehen keine langfristigen radioaktiven Nebenprodukte. Deshalb wird die Kernfusion oft als „heiliger Gral“ der Energiegewinnung bezeichnet.

Also, was ist das Problem? Diese kleinen Wasserstoffisotope sind sehr widerstandsfähig gegen Verschmelzung. Es braucht enormen Druck und hohe Temperaturen (wie sie in der Sonne vorhanden sind), um sie zum Verschmelzen zu zwingen. Das ist ganz anders als bei der Kernspaltung, die relativ einfach abläuft. Obwohl eine Fusion in Atomwaffen erreicht werden kann, haben Forscher Jahrzehnte damit verbracht, eine kontrollierte Fusionsreaktion zu schaffen, die zur Energieerzeugung genutzt werden könnte.

Im Laufe der Jahre wurden viele „Durchbrüche“ angekündigt. Letzten Monat wurde bekannt gegeben, dass Wissenschaftler zum ersten Mal mehr Energie aus dem Fusionsprozess herausholten, als sie aufwenden mussten. Frühere Bemühungen, die eine Fusion erreicht hatten, erforderten mehr Energiezufuhr als die erzeugte Fusionsreaktion.

Dies markiert also einen bedeutenden Durchbruch. Aber wie weit sind wir von der Entwicklung kommerzieller Fusionsreaktoren entfernt?

Hier ist eine Analogie, die ich verwendet habe, um es in einen Kontext zu stellen. Auf dem Weg zum kommerziellen Flugverkehr gab es viele Meilensteine. Die Gebrüder Wright flogen im Dezember 1903 den ersten erfolgreichen Motorflug der Geschichte. Bis zum ersten Transatlantikflug sollten weitere 16 Jahre vergehen. Aber das erste weithin erfolgreiche Verkehrsflugzeug, die Boeing 707, wurde erst 1958 eingeführt.

Der Dauerwitz war schon immer, dass die kommerzielle Kernfusion 30 Jahre entfernt ist. In Wirklichkeit bedeutet das einfach, dass wir den vollständigen Weg dorthin noch nicht ganz erkennen können. Der jüngste Durchbruch ist sicherlich ein Meilenstein auf dem Weg zur kommerziellen Kernfusion. Aber wir sind vielleicht noch 30 Jahre von der kommerziellen Realisierung der Kernfusion entfernt.