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Kernfusion : Stufen zur Sonne

Ist das Kunst? Wie man’s nimmt – es ist das Magnetfeld im Inneren des Wendestein 7-X, sichtbar gemacht durch einen Elektronenstrahl. Bild: IPP

In Greifswald haben Fusionsforscher eine neuartige Versuchsanlage in Betrieb genommen – ein Schritt auf dem weiten Weg zur Energie aus Kernfusion.

          Angela Merkel drückt auf einen Knopf. Sechzig Sekunden später blitzte auf einem Monitor über ihr eine seltsam geformte Erscheinung auf, gerade einmal eine Viertelsekunde lang. Dafür also war die Kanzlerin am vergangenen Mittwochnachmittag eigens nach Vorpommern geeilt? Da hat sich die gelernte Physikerin zwischen Asylpaket II und Syrienkonferenz wohl eine angenehme Abwechslung gegönnt, könnte man meinen – am Greifswalder Standort des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP).

          Technikhistoriker werden das vielleicht einmal differenzierter sehen. Nicht so sehr, weil die Versuchsanlage „Wendelstein 7-X“, die mit dem Merkelschen Knopfdruck den wissenschaftlichen Betrieb aufnahm, mit zehn Jahren Bauzeit und Kosten von rund einer Milliarde Euro besonders aufwendig war. Vielmehr hat Wendelstein 7-X das Zeug, die Erfüllung eines mehr als sechzig Jahre alten Menschheitstraums zu befördern: der Erzeugung von Energie durch Verschmelzung (Fusion) von Wasserstoffkernen.

          Unerschöpflich, sauber und höllisch schwierig

          Und was für ein Traum das ist. Anders als fossile Energieträger wären die Rohstoffe eines Fusionskraftwerks unerschöpflich: Wasser und Lithium, das in der Erdkruste häufiger vorkommt als Blei und das in das fusionsfreudige Wasserstoffisotop Tritium umgewandelt werden kann. Die Vorräte würden länger reichen als unser Planet existiert. Fusionsprozesse, die auch die Sonne schon jahrmilliardenlang leuchten lassen, sind eben effizient. Ließen sie sich kontrolliert in einem Kraftwerk aufrechterhalten, lieferte dieses auch nachts und bei Windstille, emittierte kein CO2 und anders als in Kernkraftwerken entstünde auch kein langfristig radioaktiver Abfall.

          Doch während zwischen der Entdeckung der Kernspaltung und dem Bau des ersten Spaltreaktors nur wenige Jahre vergingen, basteln die Physiker an Fusionsreaktoren bereits seit 1951, als das amerikanische „Projekt Matterhorn“ begann. Damals entstand die bisher populärste Idee, wie das Sonnenfeuer bei geringeren Drücken als im Zentrum eines Sterns entfacht werden könnte: Man heize die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium soweit auf, dass ein Plasma genanntes Gemenge aus Elektronen und Atomkernen entsteht. Bei 100 Millionen Grad verschmelzen Deuterium und Tritium zu Helium. Da kein Material solche Temperaturen aushält, muss das Plasma durch Magnetfelder von den Wänden des Reaktorgefäßes ferngehalten werden.

          Fortschritte wie nach Moore's Gesetz - nur ohne iPhone

          Seit „Matterhorn“ ist zweierlei immer klarer geworden: Erstens ist die Physik eines Plasmas und seiner Interaktion mit Magnetfeldern höllisch kompliziert. Aber zweitens wurden trotzdem stetig Fortschritte gemacht. Orientiert man sich an einem Parameter, der beschreibt, wie dicht, heiß und dauerhaft Wasserstoffplasma von Magnetfeldern bisher eingeschlossen werden konnte, so erhält man eine Kurve, die an das Mooresche Gesetz erinnert, wonach die Zahl der integrierten Schaltkreise in einem Computerchip sich alle zwei Jahre verdoppelt. Besagter Plasmaparameter verdoppelt sich seit dem Ende der sechziger Jahre sogar alle 1,8 Monate – anders als bei Moores Gesetz, allerdings ohne zwischendurch Computertomographen, Flachbildschirme oder iPhones hervorzubringen.

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