Fusionsreaktor: Neue Supraleiter verschärfen die Konkurrenz

Fusionsreaktor: Neue Supraleiter verschärfen die Konkurrenz

von Wolfgang Kempkens

Iter war bislang der prominenteste Fusionsreaktor. Jetzt haben Wissenschaftler des MIT aber große Konkurrenz vorgestellt.

Kernphysiker des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) im US-amerikanischen Cambridge wollen der ganzen Welt ein Schnippchen schlagen. Sie haben das Design eines Fusionsreaktors entwickelt, der innerhalb von zehn Jahren den Betrieb aufnehmen und mehr Energie erzeugen soll, als hineingesteckt wird.

Damit treten die Wissenschaftler in Konkurrenz zu Iter, dem Fusionsreaktor, der im südfranzösischen Kernforschungszentrum Cadarache gebaut wird. Daran sind alle Nationen beteiligt, die Fusionsforschung betreiben, darunter europäische Staaten, Russland, China und die USA. Iter wird allerdings, zumindest nach Plan, bereits 2020 in Betrieb gehen.

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Mit neuen Supraleitern zum ErfolgDer MIT-Reaktor basiert, wie Iter, auf dem in der einstigen Sowjetunion entwickelten Tokamak-Prinzip. Er hat eine ringförmige Brennkammer mit einem ovalen Querschnitt. Darin werden Deuterium und Tritium, radioaktive Erscheinungsformen (Isotope) des Wasserstoffs, auf mehr als 100 Millionen Grad Celsius erhitzt. Damit dieses elektrisch leitfähige Plasma nicht die Wände der Brennkammer berührt, wird es von gewaltigen Magnetkräften auf Abstand gehalten.

Genau hier haben die MIT-Physiker angesetzt. Sie nutzen einen neuartigen Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL), mit dem sich weitaus stärkere Magnete bauen lassen als mit den – unter anderem in Iter – verwendeten konventionellen Supraleitern, sagen die MIT-Wissenschaftler. Deren HTSL bestehen aus einer oxidischen Keramik, die Seltene Erden, Kupfer und Barium enthalten. „Dieses Material verändert alles“, sagt Dennis Whyte, Professor für Nuklearwissenschaften, der gleichzeitig Direktor des MIT-Zentrums für Plasma- und Fusionsforschung ist.

Alleskönner TritiumIn der Brennkammer verschmelzen die Wasserstoffisotope zu Helium, wenn Temperatur und Druck hoch genug sind. Pro Helium-Atom wird zusätzlich ein Neutron frei, das jeglicher Magnetkraft trotzt. Es verlässt die Brennkammer, als seien deren Wände ein Gitternetz. Im so genannten Blanket, einem Gürtel aus Beryllium, werden die energiereichen Neutronen eingefangen. Sie erhitzen den Gürtel. Die Wärme wird genutzt, um einen konventionellen Dampfkreislauf mit Turbogenerator zur Stromgewinnung zu betreiben.

Zweite Aufgabe der Neutronen ist es, Tritium aus Lithium herzustellen, das sich im Gürtel befindet, sodass der Fusionsreaktor zum Selbstversorger wird. Deuterium lässt sich leicht aus Wasser herstellen, Tritium ist dagegen Mangelware. Die Mengen, die ein 1000-Megawatt-Reaktor pro Jahr verbrauchen, sind gering: Er begnügt sich mit 100 Kilogramm Deuterium und 150 Kilogramm Tritium.

Noch nichts für die Praxis, aber ein guter Weg dorthinEbenso wie Iter, der eine positive Energiebilanz haben soll, ist auch der Prototyp des MIT-Reaktors nicht als Stromproduzent ausgelegt. Er wird zunächst für die Forschung genutzt. Erst ein Nachfolger würde Strom erzeugen.

David Kingham, CEO des britischen Unternehmens Tokamak Energy, das die Entwicklung von Fusionsreaktoren ebenfalls durch HTSL-Magnete voranbringen will, hält den Ansatz seiner amerikanischen Kollegen, den sie in der US-Fachzeitschrift Fusion Engineering and Design“ beschrieben haben, für machbar. „Dieses Papier zeigt uns einen guten Weg für schnellere Fortschritte“, so sein Urteil. Kingham ist neutral, denn er ist an der MIT-Forschung nicht beteiligt.

Einen noch weitaus kleineren Fusionsreaktor will der amerikanische Rüstungskonzern Lockheed Martin bauen, um damit Flugzeuge anzutreiben. Atomphysiker bezweifeln allerdings, dass sich das Konzept verwirklichen lässt. Manche bezeichnen ihn spöttisch als Wunderreaktor.

Auch deutsche Wissenschaftler forschen an FusionsreaktorenErnstzunehmender ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in München und Greifswald. In der Hansestadt an der Ostsee haben dessen Forscher einen Fusionsreaktor errichtet, der auf dem so genannten Stellarator-Prinzip beruht, einer ursprünglich amerikanischen Entwicklung. Der Brennraum ist völlig verwinkelt, weil so die Magnetkräfte stärker auf das Plasma einwirken können. Wendelstein 7-X, wie die Wissenschaftler diesen Stellarator nennen, wird derzeit in Betrieb genommen. Noch in diesem Jahr soll das erste Plasma erzeugt werden. Kontinuierlich wird er noch nicht arbeiten können und auch keinen Strom erzeugen. Wendelstein 7-X soll zeigen, dass es tatsächlich möglich ist, durch Fusion mehr Energie zu erzeugen als für das Aufheizen des Plasmas verbraucht wird.

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