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Schnelle Zündung: Strom aus Fusionsenergie rückt entscheidenden Schritt näher

Mit einem gezielten Laserstrahl lässt sich die Zündung der Kernfusion kontrolliert in Gang setzen.
19.1.16
Wenn der Laserstrahl die komprimierte Brennstoffkapsel trifft, werden hochenergetische Elektronen frei gesetzt, diese treffen die Kupferspuren und produzieren Röntgenstrahlen. Anhand dieser lässt sich der Verlauf der Energie beobachten. Bild: UC San Diego

Ein neues, von Physikern entwickeltes Verfahren lässt die Vision einer Stromgewinnung durch Fusionsenergie einen Schritt näher rücken. Fusionsreaktionen von Menschenhand sind bisher nur mit der Wasserstoffbombe gelungen—eine kontrollierte Reaktion wäre jedoch nicht nur eine Kopie jener Prozesse, die sich in der Sonne abspielen, sondern könnte theoretisch auch einen Zugang zu einer günstigen, sauberen und nahezu endlosen Quelle der Stromgewinnung eröffnen.

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Physiker und Ingenieure haben nun in Nature Physics ein neues Röntgenverfahren vorgestellt, dass das Auslösen einer Fusionsreaktion verbessern soll. Bei der neuen Errungenschaft handelt es sich um eine Methode, mit Hilfe derer der Prozess bei der Zündung der Kernfusion durch einen leistungsstarken Laser erstmals genau beobachtet werden kann.

Um die Fusionsreaktion in einer sogenannten Fast Ignition (schnellen Zündung) in Gang zu setzen, wird eine Mischung aus Deuterium und Tritium, welches sich in kugelförmigen Treibstoffkapseln befindet, mit hunderten Lasern komprimiert. Daraufhin werden diese massereichen Fusionskügelchen mit sehr energetischen und zugleich extrem kurzen Laserimpulsen bombardiert.

Um diese Zündung nun möglichst effektiv zu gestalten, sollten die Laserimpulse am besten völlig symmetrisch treffen, damit die geringste Energie aufgewendet werden muss, und die Reaktion besonders stabil verläuft. Theoretisch sind diese Grundlagen längst analysiert, doch ihre Umsetzung bleibt immer noch ein Laserschuss ins Blaue, da die Energie nicht präzise, sondern eher blind in die Richtung der erhofften Reaktion abgeschossen wird. Mit der neuen Technik, die ein Ingenieurs- und Forscherteam vom Lawrence Livermore National Laboratory und General Atomics veröffentlichte, lässt sich jedoch die Verteilung der Laserenergie genau verfolgen und gezielt steuern.

Das Kupfer in der Brennstoffkapsel führt zu Röntgenstrahlung, die beobachtet und analysiert werden können. Bild: UC San Diego

Dafür fügten die Physiker dem Deuterium und Tritium in der Brennstoffkapsel Kupferspuren hinzu. Trifft der Laserstrahl nun auf diese Kapsel, erzeugt er hochenergetische Elektronen, welche bei einer Kollision mit dem Kupfer Röntgenstrahlen absondern. Mit Hilfe der erzeugten Röntgenstrahlung und der so möglichen Beobachtung der abgefeuerten Laserstrahlen und ihrer anschließenden Energieverteilung ließ sich die Effizienz des Prozesses bereits um sieben Prozent steigern.

Die Fast Ignition ist eine besondere Form der Trägheitsfusion, bei der es sich um ein Verfahren handelt, in dem thermonukleare Reaktionen (Kernfusionen) ermöglicht werden. Im Gegensatz zu der traditionellen Form, ist die Fast Ignition eine noch relativ neue Entdeckung und soll einen einen höheren Energiegewinn liefern. Eine geplante Fusionsversuchsanlage, in der diese Fast-Ignitor-Technik angewandt werden soll, ist beispielsweise die High Power laser Energy Research facility (HiPER) in Oxford.

„Bevor wir diese Technik entwickelt haben war es, als würden wir in der Dunkelheit suchen", betonte der Physiker Christopher McGuffey, Co-Autor der Studie, die Besonderheit ihrer Entwicklung in einem

Statement

. „Jetzt können wir besser nachvollziehen, wo die Energie abgelagert wird und neue Versuchsaufbauten entwickeln, um den Weg der Energie zum Brennstoff zu verbessern."