Kernfusion: Historischer Durchbruch bestätigt

Bei einem Experiment im August letzten Jahres gelang es Nuklearwissenschaftler*innen der National Ignition Facility (NIF) erstmals dem Zustand der "Zündung" (Ignition) nahezukommen. Dies ist notwendig, um die Kettenreaktion einer sogenannten Trägheitsfusion zu starten, eine Spielart der kontrollierten Kernfusion.

Die Resultate des bahnbrechenden Experiments wurden nun in 3 Studien bestätigt und haben der Begutachtung von unabhängigen Kolleg*innen standgehalten. Mehr als 1.000 Forscher*innen seien an einer einzigen Veröffentlichung beteiligt gewesen, heißt es in einer Erklärung.

Zündung sehr nahe gekommen

Bei der Trägheitsfusion werden Wasserstoff-Isotope mit einem starken Laser beschossen, bis sie in der Theorie miteinander verschmelzen, bzw. zu Helium fusionieren, und Plasma entsteht. Dies soll wiederum die erhoffte Energie freisetzen. Ist der Zündvorgang erstmal in Gang gesetzt, soll die Fusionreaktion Wärme für weitere Verschmelzungen liefern. Daher ist die Zündung zentral für die Energiegewinnung.

Die NIF-Forscher*innen erzeugten bei ihrem Experiment einen Laserstrahl von 1,35 Megajoule (MJ). Für eine Zündung sind 1,9 MJ nötig. Damit kam die NIF dem kritischen Zustand erstmals sehr nahe. 

"Der Rekordschuss war ein bedeutender wissenschaftlicher Fortschritt in der Fusionsforschung, der belegt, dass die Zündung der Fusion im Labor an der NIF möglich ist", sagt Omar Hurricane, ein leitender Wissenschaftler, in einer Mitteilung. "Das Erreichen der für die Zündung erforderlichen Bedingungen ist ein langjähriges Ziel der gesamten Trägheitsfusionsforschung". Es eröffne einen neuen experimentellen Bereich, in dem das Plasma sich nicht mehr so schnell abkühlen kann, wie bei vorherigen Experimenten.

"Existenzbeweis" soll Forschung vorantreiben

Bei weiteren Versuchen konnte, so die Forscher*innen, nicht die gleiche Energieausbeute wie beim Experiment im August 2021 erzielt werden. Die Daten aus den Folgeexperimenten könnten dennoch dabei helfen, den Fusionsprozess weiter zu optimieren.

"Es ist wahnsinnig aufregend, einen 'Existenzbeweis' für eine Zündung im Labor zu haben", sagt Hurricane. "Wir operieren in einem Bereich, zu dem seit dem Ende der Atomtests keine Forscher*innen mehr Zugang hatten, und das ist eine unglaubliche Gelegenheit, unser Wissen zu erweitern", zeigt sich der Forscher begeistert.

Kernfusion als Hoffnungsträger

Die Kernfusion ist aus mehreren Gründen nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch als potentielle nachhaltige Energiequelle interessant: Zum einen sind die Brennstoffe für die Fusion im Grunde unerschöpflich. Vor allem im Gegensatz zum in der Kernspaltung verwendeten Uran. Zum anderen wird kein langlebiger Atommüll erzeugt, der über Jahrhunderte hinweg weiter gefährliche Strahlung an seine Umwelt abgibt. Außerdem entstehen durch das Verfahren keine Treibhausgase.

Die NIF ist seit 1997 in Betrieb. Auch in Europa gibt es Forschungszentren für Fusion: Das britische Labor JET zum Beispiel oder das in Frankreich befindliche Labor ITER, das 2025 seine Arbeit aufnehmen soll.