Symbolbild Kernfusion mit Sonne als natürlichem Fusionsreaktor
Großes Problem der Kernfusion soll in den nächsten 4 Jahren gelöst werden
Die Kernfusion gilt als Hoffnungsträger für die Erzeugung unendlich viel sauberer Energie. Doch trotz einiger Fortschritte in der Vergangenheit ist diese Technologie noch Zukunftsmusik.
Das soll sich ändern, denn in den nächsten 4 Jahren soll ein großes Problem der kommerziellen Kernfusion gelöst werden. Es geht darum, neue Materialien zu finden, die der großen Hitze standhalten, die bei der Kernfusion entsteht. Dafür bekommen Forscher der britischen Kentucky Universität 2,3 Millionen US-Dollar vom US-Energieministerium (DOE).
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So funktioniert die Kernfusion
Im Gegensatz zur Kernspaltung werden bei der Kernfusion Atome miteinander verschmolzen. Dabei wird Energie freigesetzt. Diese kann in der Form von Hitze genutzt werden, um Wasserdampf zu erzeugen, der wiederum eine Turbine antreibt.
Damit die Kernfusion in Gang gesetzt wird, braucht es noch viel größere Hitze. Über 100 Millionen Grad Celsius sind nötig. Im Kern der Sonne, die ein natürlicher Fusionsreaktor ist, ist es „nur“ 15 Millionen Grad Celsius heiß. Die Kernfusion gelingt dort trotzdem, weil der Druck 250 Milliarden mal größer als in der Erdatmosphäre ist: Ein Zustand, den man auf der Erde bisher nicht reproduzieren kann.
Weil kein Material der Erde 100 Millionen Grad Celsius heißes Plasma aushält, kommen bei Fusionsreaktoren extrem starke Elektromagnete zum Einsatz. Sie halten das Plasma in einem Magnetfeld, damit es nicht mit den Reaktorwänden in Berührung kommt.
Erst wenn das Magnetfeld lange genug stabil gehalten werden kann, wird ein effizienter Betrieb eines Fusionsreaktors möglich. Ansonsten benötigen das Erhitzen bzw. Zünden des Plasmas und dessen Erhaltung mehr Energie als schlussendlich erzeugt wird. Gelingt der effiziente Betrieb, könnte ein Fusionsreaktor nahezu unendlich saubere Energie erzeugen, weil das dafür benötigte Isotop Deuterium in Wasserstoff enthalten ist.
Große Hitze als Hindernis
Das Prinzip der Kernfusion beruht auf der Verschmelzung zweier Atome. Dazu sind jedoch sehr hohe Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius notwendig. Bisher konnte noch kein Material gefunden werden, das diese Hitze aushält.
Das Forscherteam der Universität Kentucky will dieses Problem lösen und Materialien finden, die für die Innenwand eines Fusionsreaktors verwendet werden können. Denn diese Innenwand kommt mit dem heißen Plasma in Kontakt, das bei der Kernfusion entsteht.
Auf der Suche nach dem passenden Material
Damit der Fusionsreaktor unendlich viel saubere Energie erzeugen kann, müssen die Materialien über die gesamte Lebensdauer eines Fusionskraftwerks leistungsfähig bleiben. Bisher werden Magnetfelder eingesetzt, die verhindern, dass das Plasma mit der Innenwand in Berührung kommt.
Das Magnetfeld muss aber lange genug halten, damit sich die Kernfusion lohnt. Und selbst wenn das Magnetfeld zusammenbricht, muss die Innenwand stabil bleiben. Das Forscherteam arbeitet deshalb an Legierungen, die diese Wand verstärken. So soll die Kernfusion in Zukunft auch kommerziell rentabel werden.
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Wolfram als Hoffnungsschimmer
Wolfram ist ein chemisches Element und gehört zur Gruppe der Metalle. Da es einen der höchsten Schmelzpunkte aller Elemente hat und daher sehr hitzebeständig ist, könnte es die Lösung des Problems sein.
Vor allem in Kombination mit anderen Metallen wie Chrom oder Tantal könnte eine Legierung entstehen, die nicht nur hitzebeständiger, sondern auch widerstandsfähiger ist als Wolfram allein. Das Projektteam will auch maschinelles Lernen einsetzen, um das neue Material zu optimieren.
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