Kernfusion

Kernfusion
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Kernfusion

Die Fusionstechnologie verspricht nichts Geringeres als saubere und nachhaltige Energie für künftige Generationen. Daher arbeiten Forschungsinstitute weltweit intensiv an Konzepten für zukünftige Kernfusionsreaktoren - ohne die mit der bisherigen Kernspaltung verbundenen Risiken.

In einem Fusionsreaktor kollidieren leichte Atome wie Wasserstoff und verschmelzen miteinander, um schwerere Atome wie Helium zu erzeugen und dabei riesige Mengen an Energie freizusetzen. In der Sonne wird der Fusionsprozess durch die enorme Masse, die Gravitationskraft und die hohen Temperaturen aufrechterhalten. Um die Fusion auf der Erde zu reproduzieren, müssen die Gase auf extrem hohe Temperaturen von etwa 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Bei dieser Temperatur wandelt sich das Gas in ein Plasma um, eine Voraussetzung für die Kernfusion.

Es gibt unterschiedliche Ansätze, um ein Plasma auf solche Temperaturen zu erhitzen. Die vielversprechendsten sind Magnetfusion und Trägheitsfusion. Bei der Magnetfusion stabilisieren starke Magnetfelder das Plasma in einem magnetisch eingeschlossenen Raum. Diese Magnetfelder erzeugen auch die erforderlichen Temperaturen und Drücke, damit die Fusion stattfinden kann. Anders bei der Trägheitsfusion, bei der ein Brennstoff in Fusionstargets durch sehr schnelle, oberflächliche Energiezufuhr extrem verdichtet und auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt wird.

Trägheitsfusion oder Trägheitseinschluss

Die Trägheitsfusion setzt auf die Verwendung von Hochenergielaserstrahlen, um eine kleine Brennstoffkapsel zu komprimieren. Diese Kompression führt zu extrem hohen Temperaturen und Drücken im Inneren der Kapsel, was die Fusion der darin enthaltenen Wasserstoffisotope auslöst.

Dreißig Institute der Fraunhofer-Gesellschaft beteiligen sich an einem Strategieprozess, der auf die Entwicklung der Trägheitsfusionsenergie zu einer sicheren, kohlenstofffreien Energiequelle der Zukunft zielt. Das Fraunhofer ILT bringt seine lasertechnischen Kompetenzen nicht nur in die nationale, sondern auch in internationale Netzwerke und Kooperationen – wie mit dem Lawrence Livermore National Laboratory LLNL in Kalifornien – ein.

Hochenergielaser

Die Laseranlagen der Trägheitsfusion bestehen aus komplexen Arrays von Hochleistungslasern, die präzise synchronisiert werden müssen, um einen Laserpuls von extremer Intensität von über 2 Millionen Joule UV-Licht zu erzeugen. Gleichzeitig müssen diese Laserpulse präzise gesteuert werden, um sicherzustellen, dass sie die Brennstoffkapsel mit einem Gemisch aus Wasserstoffisotopen gleichmäßig und mit höchster Präzision treffen. Darüber hinaus müssen die Laseranlagen robust genug sein, um selbst den extremen Belastungen standzuhalten, die mit der Erzeugung dieser intensiven Laserpulse verbunden sind.

Der Weg vom Labor zum Kraftwerk

In einem geförderten Verbundforschungsprojekt mit einem Konsortium aus Wirtschaft und Forschung erarbeitet das Fraunhofer ILT die Grundlagen und Rahmenbedingungen für die kommerzielle Nutzung der Trägheitsfusion.

Das Konsortium soll effiziente und praktikable Wege finden, die Technologie gezielt weiterzuentwickeln und kommerziell einzusetzen – angefangen bei der Entwicklung geeigneter Optiken und Laserstrahlquellen, die maximal belastbar und erschwinglich sein müssen, über Lösungen für die hochfrequente Brennstoffzufuhr bis hin zu einer schnellen Abfuhr und sinnvollen Nutzung der entstehenden Abwärme.

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