Kernfusion Energie aus der Sonne

Mit der Entscheidung für den Standort der internationalen Fusionstestanlage Iter (lateinisch: der Weg), die an diesem Dienstag in Moskau zugunsten von Cadarache (Südfrankreich) gefallen ist, steht einer Verwirklichung des Projekts nichts mehr im Wege. Mit Iter wollen die Wissenschaftler die technische Machbarkeit der Energiegewinnung durch Kernfusion nachweisen.

Zum erstenmal soll dafür ein brennendes und für längere Zeit Energie lieferndes Plasma erzeugt werden. Der nächste Schritt wäre der Bau einer Demonstrationsanlage (“Demo“), die alle Funktionen eines Kraftwerks erfüllen würde. Ziel der Forscher ist ein Fusionskraftwerk, das - allerdings frühestens in fünfzig Jahren - in der Lage wäre, wirtschaftlich nutzbare Energie zu liefern.

Erste Experimente

In Fusionsreaktoren soll die Verschmelzung von Atomkernen, der auch die Energie der Sonne entstammt, in kontrollierter Weise zur Energieerzeugung genutzt werden. Erste theoretische und experimentelle Untersuchungen dazu liefen in den fünfziger Jahren in den Vereinigten Staaten, Großbritannien und der Sowjetunion an. Sie blieben wegen der möglichen militärischen Nutzung jedoch bis 1958 geheim. Zu dieser Zeit beschäftigte man sich auch in Deutschland schon mit Fragen der Kernfusion. 1960 entstand in Garching bei München das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, das durch seine wegweisenden Versuche zur Fusionsforschung weltweit Anerkennung gefunden hat.

Eine notwendige Voraussetzung dafür, die kontrollierte Verschmelzung von Atomkernen zu erzielen, besteht in dem genügend langen Einschluß eines Plasmas. Ist dieses heiß genug, können die positiv geladenen Protonen von Atomkernen deren gegenseitige Abstoßung überwinden, wodurch die Fusion möglich wird. Im Innern der Sonne geschieht das bei etwa 15 Millionen Grad. In einer Fusionsanlage mit magnetischem Einschluß ist eine Temperatur von rund 100 Millionen Grad erforderlich, wenn die Dichte des Plasmas „nur“ etwa 1014 Teilchen pro Kubikzentimeter beträgt.

Große technische Probleme

Beim magnetischen Einschluß wird ein reifenförmiger Behälter - ein sogenannter Torus - mit dem Fusionsplasma vom Magnetfeld mehrerer Spulen zusammengehalten. Sind die Magnetfelder regelmäßig angeordnet, werden die Partikeln des Plasmas allerdings nicht von der Wand abgehalten, was für das Verfahren erforderlich ist. In einem der Anlagentypen, dem Stellarator, sind die Magnetspulen deshalb fast futuristisch geformt. Ihre Anordnung läßt sich nur mit aufwendigen Computerprogrammen berechnen. Beim Tokamak dagegen wird von dem Strom, der im Plasma selbst fließt und gleichzeitig zur Heizung dient, ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt.

Die Fusionsversuche in aller Welt mit Anlagen mehrerer technischer Generationen zeigten, daß die Schwierigkeiten zur Bewätigung der kontrollierten Kernfusion gewaltig sind. Insbesondere erwiesen sich Instabilitäten im Plasma, die sich infolge verschiedener Phänomene bilden können, als Hindernis. Gleichwohl lernten die Wissenschaftler mit der Zeit, das Verfahren immer besser in den Griff zu bekommen.

In Culham (England) entstand die größte europäische Anlage, Jet (“Joint European Torus“), die Vereinigten Staaten arbeiteten mit dem TFTR (“Tokamak Fusion Test Reactor“) und Japan mit dem JT-60 Upgrade. Anfang der neunziger Jahre wurden die ersten Experimente mit einem realistischen Brennstoffgemisch aus den schweren Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium statt aus normalem Wasserstoff ausgeführt.

Abgespeckte Version

Der im November 1985 von Reagan und Gorbatschow geäußerte Vorschlag, beim Bau einer Anlage der nächsten Generation zusammenzuarbeiten, wurde in den Vereinigten Staaten, Europa, der Sowjetunion und Japan bereitwillig weiterverfolgt. Iter wurde zunächst mit einem Plasmagefäß geplant, das ein Volumen von 2000 Kubikmeter (16 Meter Durchmesser) haben sollte. Man wollte eine Fusionsleistung von 1,5 Gigawatt erzielen, die wesentlich größer gewesen wäre als die für die Aufrechterhaltung der Plasmatemperatur zu investierende Leistung. Eine Brenndauer von etwa einer Viertelstunde war vorgesehen.

Als der Entwurf für den Testreaktor, der Ausgaben in Höhe von 13 Milliarden Mark erforderte, 1998 fertig war, litten die beteiligten Staaten an Finanzschwierigkeiten. Man beschloß, den Entwurf abzuspecken - das Plasmagefäß auf ein Volumen von 840 Kubikmeter und die Fusionsleistung auf 500 Megawatt zu reduzieren. Das ist immerhin noch das Zehnfache der Leistung, die für die Plasmaheizung aufgewendet werden muß. Die Brenndauer wurde auf fünf Minuten beschränkt. Die Vorgaben waren so gewählt worden, daß sich mit Iter weiterhin alle wesentlichen Ziele erreichen ließen.

Kosten aufgeteilt

Die Fertigstellung des zweiten Entwurfs führte zu langwierigen Verhandlungen über die Organisation, den Standort, das Personal und die Aufteilung der Kosten in Höhe von nun 4,6 Milliarden Euro für den Bau, die nun abgeschlossen sind.

Der Einigung zufolge übernimmt Europa die Standortkosten - 20 Prozent der Gesamtsumme - und weitere 30 Prozent dieser Summe für den Bau. Von den 30 Prozent wird ein Drittel für die Finanzierung von Fertigungsteilen aus Japan verwendet. Damit wird Japan für das Zurückziehen seines eigenen Standortvorschlags „belohnt“.