Laserblitze auf gefrorene Kügelchen
Ist das die Lösung unserer Energieversorgung?
Die Sonne wärmt die Erde und schenkt uns regenerative Energien. Das Sternenfeuer wird durch Fusion unterhalten. Dabei verschmelzen Wasserstoffkerne zu Heliumatomen, ein Teil der Masse wird in Energie umgewandelt. Diesen Prozess nachzuahmen, haben sich Forscher weltweit zum Ziel gesetzt.
Zwei konkurrierende technische Verfahren werden derzeit verfolgt. Bei ITER (Internationaler Thermonuklearer Experimentalreaktor) sind es gewaltige Magnetfelder, die die Atomkerne bei höchsten Temperaturen einschließen und so deren Fusion ermöglichen. HiPER (High Power Laser Energy Research) verwendet dagegen allein den Lichtdruck aus extrem starken Lasern. „Das erfordert neue Technologien, deren Entwicklung ohne intensive industrielle Beteiligung nicht durchführbar ist“, sagt Wolfgang Sandner. Der Direktor am Adlershofer Max-Born-Institut (MBI) für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie und Physikprofessor an der TU Berlin sitzt im „Executiv Board“, dem zehnköpfigen Entscheidungsgremium des europäischen Großprojekts.
Kein Dauerstrahlungsproblem
Entscheidend ist es, die Kernfusion so durchzuführen, dass mehr Energie gewonnen als hineingesteckt wird. Dann wäre die Energieversorgung der Menschheit in alle Zukunft gesichert. Denn die Ausgangsstoffe, die Wasserstoffarten (Isotope) Deuterium und Tritium, gibt es in den Ozeanen der Erde in Hülle und Fülle. Das Klima wird geschont, denn Kohlendioxid ist nicht im Spiel. Die bei der Reaktion entstehenden Neutronen können zwar in der Reaktorwand radioaktive Isotope erzeugen. Deren Strahlung klingt jedoch innerhalb eines Jahrhunderts ab, so dass kein Dauerproblem entstehen würde, wie es bei der Kernspaltung der Fall ist.
Doch die Nachahmung des Sonnenfeuers hat sich als schwierig erwiesen. Das Millionen Grad heiße Plasma aus gasförmigen Wasserstoffkernen zeigt immer neue Tücken. Die Energiebilanz ist immer noch nicht positiv. „Hier könnte die Laserfusion den Durchbruch bringen“, meint Sandner. Dabei werden gefrorene Kügelchen aus Deuterium und Tritium mit intensivem Laserlicht extrem verdichtet und auf 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt. Die als Kettenreaktion ablaufende Fusion kommt für Bruchteile von Sekunden in Gang, bis das Kügelchen verbraucht ist. Die freigesetzten Neutronen prallen auf die Wand der Kammer und erhitzen sie. Die Wärme wird zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt, der zur Stromgewinnung eine Turbine antreibt.
Laserfusion auf dem Papier praktikabel
Neue Technologien haben die Energiebilanz verbessert. „Mit modernen diodengepumpten Lasern erreicht man wesentlich höhere Wirkungsgrade“, erklärt Sandner, außerdem habe man effiziente Mechanismen gefunden, um die Fusion mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse zu zünden. Auf dem Papier sei die Laserfusion praktikabel. Welche „Stolpersteine“ versteckt seien, müsse jetzt HiPER zeigen. Die Kosten für das Großprojekt, an dem sich 25 wissenschaftliche Institute aus elf Nationen beteiligen, werden auf eine Milliarde Euro veranschlagt. Bis Ende 2011 sollen die Voraussetzungen für den Bau der fußballstadiongroßen Pilotanlage geschaffen werden. „Die EU stellt dafür in den nächsten drei Jahren drei Millionen Euro zur Verfügung“, sagt Daniela Stozno vom EU-Büro des MBI, weitere zehn Millionen Euro für diese „Preparatory Phase“ kommen aus nationalen Quellen.
Laserkolloquium am 8. Juli in Adlershof
„HiPER wird nicht vor 2020 fertig sein“, erklärt Sandner. Der Physiker, der auch das Netzwerk LASERLAB-EUROPE koordiniert, sieht die europäische Laserforschung weltweit vorn. Auf dem Gebiet der diodengepumpten Laser sei die deutsche Industrie führend, im Bereich hoher mittlerer Leistung Firmen wie Trumpf oder Rofin-Sinar. Das MBI versuche, deren Technologien auf gepulste Systeme zu übertragen und arbeite dabei auch mit dem Adlershofer Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik sowie mit Jenoptik zusammen. Kooperationen zwischen Forschungsinstituten und der Industrie sind auch Thema des Festkolloquiums „Laserforschung“, das am 8. Juli in Adlershof stattfindet. Sandner ist froh, dass Professor Mike Dunne, Director Central Laser Facility der Rutherford Appleton Laboratories in Großbritannien, als einer der Gastredner über das HiPPER-Projekt sprechen wird.
Paul Janositz
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