Zukunft der Fusion (Mein Besuch in Culham)

Innenraum des JET. Bild aus dem CCFE-Empfangsbereich.

An einem kalten und nassen Novembermorgen hatte ich das Glück, das Culham Center for Fusion Energy (CCFE) in Oxfordshire zu besuchen. Der Grund für meinen Besuch war, eine Tour durch die Fusionsreaktoren Joint European Torus (JET) und Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) zu machen.

Äußeres des JET.Außenseite von MAST mit sichtbarer grauer Isolationsschicht und Anschlüssen für den Gerätezugang. Auf der linken Seite befindet sich der Neutral Beam Injector, der das Plasma mit einem Partikelstrahl erhitzt.

Auf den ersten Blick sieht der JET-Fusionsreaktor aus wie eine riesige Masse an Stahlkonstruktionen, Rohrleitungen und Kabeln, wie man sie normalerweise in einer Raffinerie erwartet. Es ist im Zentrum dieser Konzentration von Geräten, die Wissenschaftler erschaffen und versuchen, die Fusion zu nutzen, ein Vorgang, der die Sterne buchstäblich wie die Sonne antreibt. Dies würde wiederum eine große Revolution in der Art und Weise ermöglichen, wie wir unseren Energiebedarf für die Zukunft decken können, wenn er erfolgreich ist.

Schnittmodell von MAST. Die innere, kugelförmigere „Kernapfelform“ ist in der inneren Reaktorkammer sichtbar.

MAST und JET verwenden Varianten eines Tokamak-Designs, das erstmals in den 1950er Jahren in der Sowjetunion konzipiert wurde. Es besteht aus einer Doughnut-förmigen Kammer (die Form ist fast kugelförmig, wie bei einem Kernapfel in MAST), die unter Vakuum steht. Dazu werden Wasserstoffatome injiziert und Temperaturen von über 200 Millionen Grad ausgesetzt - zehnmal heißer als das Zentrum der Sonne! Dadurch wird der Wasserstoff in ein Plasma umgewandelt, bei dem es sich um ein elektrisch geladenes Gas handelt. Um das Plasma im zentralen Bereich des Donuts einzuschließen, werden unglaublich große und geformte Magnetfelder angelegt. Dies dient zwei Zwecken: erstens, um zu verhindern, dass das Plasma die Wände des Reaktorbehälters berührt, und zweitens, das Plasma auf eine so hohe Dichte zu beschränken, dass sich Wasserstoffatome miteinander verbinden und Helium bilden, während gleichzeitig mehr Energie in Form von Neutronen freigesetzt wird. Diese überschüssige Energie wird in den Wänden des Reaktorbehälters durch auf ihn wirkende streunende Neutronen eingefangen. Diese Wärme würde dann wie in einem normalen Kraftwerk zur Erzeugung von Dampf und Strom abgeführt.

High-Speed-Kameraaufnahmen der Fusion in MAST. Die fast kugelförmige Form ist zu sehen. Die Ringe am unteren und oberen Rand sind die

Die Fusion unterscheidet sich tatsächlich von der Kernspaltung, die in unseren heutigen Kernkraftwerken stattfindet. Die Spaltung bricht große Atome auseinander, um Energie zu erzeugen, und die Hauptschwierigkeit besteht darin, die Reaktion davon abzuhalten, davonzulaufen. Es entsteht sehr langlebiger gefährlicher Abfall und der Brennstoff ist knapp und teuer. Fusion löst diese Probleme, und die einzige Schwierigkeit besteht darin, sie weiterzuführen; Es erzeugt keine Emissionen (außer Helium), der Brennstoff stammt aus Wasser und Lithium und der Abfall ist in Materialien enthalten, die durch Neutronenbelastung kontaminiert sind. Dies ist nur ein Problem für einige hundert Jahre, das mit der derzeitigen Technologie beherrschbar ist.

Derzeit testen sowohl JET als auch MAST Technologien, um in den Reaktor der nächsten Generation einzusteigen, der in Frankreich gebaut wird. ITER (lateinisch für „the way“) wird doppelt so groß wie JET sein, einige der fortschrittlichsten verfügbaren Technologien nutzen und sollte in der Lage sein, 500 Megawatt (das entspricht etwa 400.000 Haushalten) Wärmeenergie für Dutzend zu erzeugen Minuten (die größte Leistung von JET betrug weniger als eine Sekunde 16 Megawatt). Dies ist eine der aufregendsten Zeiten für Fusionsenergie, denn mit etwas Glück könnten Fusionskraftwerke Mitte dieses Jahrhunderts möglicherweise eine grünere Zukunft bringen.