Kernfusion mit Flüssigbrennstoff könnte großes Problem lösen

Bekannte Fusionsreaktoren wie JET in Großbritannien oder Wendelstein 7-X in Greifswald verwenden Magnetfelder, um das Millionen Grad heiße Plasma, in dem die Fusion abläuft, in der Schwebe zu halten. Die National Ignition Facility (NIF) in den USA verfolgt einen anderen Ansatz. Sie beschießen eine winzige Brennstoffkapsel (Target) mit einem Laser, um eine Kernfusion auszulösen. Mit einem flüssigen Brennstoff könnte diese Methode deutlich effizienter werden.

➤ Mehr lesen: Wann haben wir endlich Strom aus Kernfusion?

Brennstoffkapseln sind schwierig herzustellen

Das Problem bei der Laserfusion ist nämlich, dass die Brennstoffkapsel beim Beschuss nur für einen kurzen Moment Energie produziert und dadurch komplett zerstört wird. Das Potenzial wäre allerdings da, wie Forscher*innen der NIF im vergangenen Dezember zeigten. Erstmals gelang es damals, mehr Energie freizusetzen, als es für den Start der Kernfusion brauchte. Die NIF bezeichnete den Erfolg als "ersten Schritt", um Kernfusion kommerziell nutzbar zu machen.

Um kommerziell Energie zu produzieren, müsste so ein Beschuss im Sekundentakt stattfinden. "Die gefrorenen Brennstoffkapseln der National Ignition Facility sind schwierig herzustellen. Die Herstellung einer Kapsel dauert derzeit mehrere Tage. Das ist ein Problem, denn ein Fusionskraftwerk würde etwa eine Million Targets pro Tag benötigen", sagt Igor Igumenshchev von der University of Rochester in New York. Als Fusionsstoff wird dabei Deuterium und Tritium verwendet, das sich in gefrorenem Zustand in der mit Gold beschichteten Kapsel befinden.

Schaumkapseln mit flüssigem Brennstoff

Die Wissenschaftler*innen forschen daher eine neue Methode namens "Dynamic Shell", wo der flüssige Brennstoff in eine spezielle Schaumkapsel aus Plastik eingespritzt wird. Wenn diese mit Lasern beschossen wird, dehnt sich die Kapsel aus und implodiert dann, wodurch die Fusion ausgelöst wird. Diese Art von Kapsel sei deutlich einfacher herzustellen als herkömmliche Targets, wie die Forscher*innen beteuern.

Die Theorie für die Kapseln existiert bereits seit 2020, sie wurde aber bisher noch nicht getestet. Igumenshchev und sein Team konnten jetzt erstmals in einem Experiment nachweisen, dass die Methode vielversprechend genug ist, um sie weiterzuentwickeln. Die Forscher*innen verwendeten allerdings noch keinen Deuterium-Tritium-Brennstoff. Das soll im nächsten Schritt folgen.

Stärkere Laser nötig

Der Nachteil an den dynamischen Schalen ist, dass sie längere und energiereichere Laserimpulse benötigen als die jetzigen Methoden. Entsprechende Lasersysteme befänden sich allerdings bereits in der Entwicklung, sagen die Forscher*innen. Zusammen mit ihrem Konzept könne so ein attraktiver Weg zur Fusionsenergie geschaffen werden.