Wissenschaftler sehen großes Potenzial

Entwicklung von Kernfusionsreaktoren Wissenschaftler sehen großes Potenzial

Die Fusionsenergie gilt als eine Energieform der Zukunft und befindet sich in der Entwicklung. Wissenschaftler eines europaweiten Verbundes haben an einer Versuchsanlage zur Entwicklung von Kernfusionsreaktoren einen Energiepuls in bisher unerreichter Höhe erzeugt. 

Kernfusionsanlage JET in Großbritannien

In der Kernfusionsanlage JET haben Wissenschaftler während einer fünfsekündigen Phase 59 Megajoule Energie in Form von Wärme erzeugt.

Foto: picture alliance / abacapress.com

Bei einem Rekordversuch setzten die Fusionsreaktionen im Joint European Torus (JET) während eines fünf Sekunden dauernden Plasma-Pulses insgesamt 59 Megajoule Energie in Form von Wärme frei. In der Versuchsanlage in Großbritannien ist es den Forschern und Forscherinnen von EUROfusion damit gelungen, einen Energiepuls in bisher unerreichter Höhe zu erzeugen. Die Ergebnisse liefern den bisher deutlichsten Beweis für das Potenzial der Fusionsenergie, sichere, nachhaltige und kohlenstoffarme Energie zu liefern. Jülicher Forscher und Ingenieure sind an JET mit ihrer wissenschaftlichen Expertise beteiligt.

Bei der Kernfusion werden Atomkerne wie jene des Wasserstoffs bei extremen Temperaturen miteinander verschmolzen. Dabei werden enorme Mengen Energie freigesetzt. Herkömmliche Atomkraftwerke gewinnen Energie dagegen aus der Spaltung von Atomkernen.

Meilenstein auf dem Weg zu nachhaltiger Energie erreicht

Ein Kilogramm Fusionsbrennstoff enthält etwa das Zehnmillionenfache an Energie im Vergleich zu einem Kilogramm Kohle, Öl oder Gas – und bei seiner Verwendung werden keine Treibhausgase freigesetzt. In Zukunft könnten Fusionsreaktoren einen erheblichen Teil des globalen Energiebedarfs decken. Diese Energiequelle nutzbar zu machen, ist das Ziel von EUROfusion – und nun hat das von der Europäischen Kommission kofinanzierte Konsortium einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg dahin erreicht.

Die Forscherinnen und Forscher von EUROfusion – 4.800 Experten, Studenten und Mitarbeiter aus ganz Europa, zu denen auch Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich gehören – setzten mit der Kernfusions-Versuchsanlage JET einen Rekord von 59 Megajoule an anhaltender Fusionsenergie frei. „Die Wissenschaftler verdoppelten damit den bisherigen Rekord von 21,7 Megajoule, der bereits im Jahr 1997 in JET erreicht wurde“, erklärt Professor Christian Linsmeier, Leiter des Jülicher Instituts für Plasmaphysik. 

Die Experten des Instituts sind seit Beginn des Projekts an JET beteiligt, und haben unter anderem für die Anlage eine neue Brennkammerwand für die Bereiche, die höchste Wärme und Teilchenlasten empfangen, entworfen und gebaut. „Sie besteht vollständig aus dem Material mit dem höchsten Schmelzpunkt – Wolfram. Dieses erst bei 3422 Grad Celsius schmelzende Metall soll später auch bei dem JET-Nachfolgerprojekt ITER eingesetzt werden.“ Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Jülicher Instituts haben seit Installation der neuen Brennkammerwand führende Aufgaben bei der Erforschung der Plasma-Wand-Wechselwirkung in JET übernommen und zum Erfolg des Fusionsenergie-Rekords beigetragen.

JET ist eine europaweit gemeinsam betriebene Versuchsanlage zur Entwicklung von Kernfusionsreaktoren des gegenwärtig leistungsfähigsten Typs Tokamak. Die im britischen Oxfordshire gelegene Anlage nahm 1983 ihren Betrieb auf und ist derzeit der größte Fusionsrektor dieser Art.

Kernfusion unter extrem hohen Temperaturen

Die Anlage, in der Temperaturen zehnmal heißer als im Zentrum der Sonne erreicht werden, ist ein wichtiger Prüfstand für ITER, einem der größten wissenschaftlichen Gemeinschaftsprojekte der Geschichte. JET kann ähnliche Bedingungen wie ITER und künftige Fusionskraftwerke erreichen und ist der einzige Tokamak der Welt, der mit demselben Deuterium-Tritium-Brennstoffgemisch betrieben werden kann, das für diese Anlagen vorgesehen ist.

„Ein anhaltender Impuls der Deuterium-Tritium-Fusion auf diesem Leistungsniveau – fast im industriellen Maßstab – ist eine durchschlagende Bestätigung für alle, die an der globalen Fusionsforschung beteiligt sind“, sagt Dr. Bernard Bigot, Generaldirektor von ITER. „Für das ITER-Projekt sind die JET-Ergebnisse ein starker Vertrauensbeweis, dass wir auf dem richtigen Weg sind, um die volle Fusionsleistung zu demonstrieren."

ITER, ein internationales Fusionsforschungsprojekt mit Sitz in Südfrankreich, soll, unterstützt von sieben Mitgliedern – China, der Europäischen Union, Indien, Japan, Südkorea, Russland und den USA –  die wissenschaftliche und technologische Machbarkeit der Fusionsenergie demonstrieren.

Kernfusionsreaktoren produzieren keine langlebigen hochaktiven Abfälle. Das Produkt der Fusion in Form von „verbranntem“ Brennstoff ist Helium, ein nicht radioaktives Gas. Die Aktivierung von Materialien innerhalb der Vakuumkammer aufgrund von Neutronen wird als sehr geringe Aktivität, geringe Aktivität und mittlere Aktivität klassifiziert. Da die Halbwertszeit der meisten in diesem Abfall vorhandenen Radioelemente zehn Jahre nicht überschreitet, wird ihre Radioaktivität nach 100 Jahren deutlich abgenommen haben, wodurch es möglich ist, die Materialien zu recyceln.