Ein Blick in die Fusionskammer von Astral Systems.
Durchbruch bei Brennstoff für Fusionsreaktoren
Fusionsreaktoren benötigen Brennstoff, den sie fusionieren können. Im idealen Fall ist das eine Mischung aus Deuterium und Tritium. Die beiden Wasserstoffisotope lassen sich vergleichsweise leicht zu Helium verschmelzen (bei etwa 100 bis 150 Millionen Grad) und setzen dabei Energie frei.
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Deuterium kommt weltweit recht häufig vor. Die Weltmeere enthalten etwa 46.000.000.000.000 Tonnen davon. Gut 11 Prozent des Wassers auf der Erde besteht aus DHO, also einem Deuteriumatom, einem Wasserstoffatom und einem Sauerstoffatom.
Was ist ein Isotop?
Ein Isotop ist eine Form eines Atoms, das eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen im Atomkern besitzt als die "Standardvariante" des Atoms. Herkömmlicher Wasserstoff besitzt etwa kein Neutron, sondern nur ein Proton im Kern. Deuterium besitzt zusätzlich zum Proton noch ein Neutron und Tritium weist 2 Neutronen und ein Neutron auf. Die Atomkerne dieser Isotope sind durch das Proton positiv geladen und stoßen sich demnach ab. Bei der Kernfusion muss diese Kraft erst überwunden werden, damit die Kerne miteinander fusionieren können.
Nicht zu verwechseln sind Isotope mit Ionen, also einer geladenen Form von Atomen.
Seltenes Tritium
Tritium ist hingegen deutlich seltener. Geschätzt kommen davon nur 3 bis 4 Kilogramm natürlich vor, das meiste davon befindet sich in den oberen Schichten der Ozeane. Tritium entsteht auch als Nebenprodukt bei der Kernspaltung. Da es sich wirtschaftlich aber oft nicht auszahlt, das Tritium herauszufiltern, existiert weltweit wohl weniger als 20 Kilogramm davon.
Tritium kann aber auch aus Lithium gewonnen werden, indem man es mit Neutronen beschießt. So soll Tritium in Zukunft auch in Fusionsreaktoren "erbrütet" werden. Indem die Reaktorwände, die das Plasma umgeben, Lithium enthalten, entsteht dort durch auftreffende Elektronen ständig neues Tritium, das das Plasma nährt und die Fusion aufrecht hält.
Privatem Fusionsunternehmen gelingt Durchbruch
Dem englischen Astral Systems ist es nun als erstem privaten Unternehmen gelungen, Tritium in seinem eigenen Forschungsreaktor zu erzeugen. In Zusammenarbeit mit der University of Britstol baute man einen eigenen Brüter mit Lithium und bestrahlte ihn 55 Stunden lang mit Neutronen, die von Deuterium-Deuterium-Reaktionen im Forschungsreaktor stammten. Somit kann nun sichergestellt werden, dass der Reaktor den nötigen Brennstoff für die Fusion selbst herstellen kann.
Gelungen ist dieser Durchbruch durch einen neuen Ansatz, den sie Multi-State Fusion (MSF) nennen. Bei MSF wird das Plasma nicht durch Magnete in der Schwebe gehalten, wie es etwa bei Tokamaks und Stellaratoren der Fall ist. Stattdessen werden elektrische Felder erzeugt, um die Isotope zusammenzuhalten und zu erhitzen. Diesen Ansatz kombinieren sie mit der sogenannten Lattice confinement Fusion (LCF), bei der mit Deuterium gesättigte Metalle genutzt werden.
Der Brennstoff wird dabei von atomaren Gitter der Metalle (Erbium oder Titan) eingeschlossen und somit konzentriert. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass sich die positiv geladenen Atomkerne des Deuteriums abstoßen und machen die Fusion leichter. Bestrahlt man diese Gitter mit Gammastrahlen oder Ionenstrahlen, kann man dadurch Fusionsreaktionen direkt im Metall auslösen.
Astral Systems nutzt beide Ansätze in Kombination, wodurch die Effizienz der Reaktionen deutlich verbessert werden soll. Man erhält also mehr Reaktionen mit weniger Energieaufwand. Doch auch wenn Astral Systems nie einen Energieüberschuss aus ihren Reaktoren herausholen sollte, ist die Tritiumproduktion dennoch ein wichtiger Schritt in Richtung kommerzieller Fusion.
Wettlauf, um mehr Tritium zu entwickeln
"Es gibt einen weltweiten Wettlauf um neue Wege, mehr Tritium zu entwickeln, als in der heutigen Welt vorhanden ist - eine große Hürde ist die Verwirklichung der Fusionsenergie. Mit unserer Multi-State-Fusionstechnologie sind wir das erste private Fusionsunternehmen, das unsere Reaktoren als Neutronenquelle zur Herstellung von Fusionsbrennstoff nutzt", sagt Talmon Firestone, CEO und Mitbegründer von Astral Systems, in einer Aussendung.
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