Wir werfen einen Blick hinter die Kulissen der weltweit größten Kernfusionsanlage, die versucht, Energie aus derselben Reaktion zu gewinnen, die auch die Sonne und die Sterne antreibt.
WERBUNGIm Herzen der Provence bereiten einige der klügsten Köpfe der Welt das größte und ehrgeizigste wissenschaftliche Experiment der Welt vor.
"Wir bauen die wohl komplexeste Maschine, die jemals entwickelt wurde", erklärt Laban Coblentz.
Die Aufgabe besteht darin, die Machbarkeit der Kernfusion - dieselbe Reaktion, die unsere Sonne und die Sterne antreibt - in industriellem Maßstab zu demonstrieren.
Zu diesem Zweck wird in Südfrankreich die weltweit größte Kammer mit magnetischem Einschluss, der Tokamak, gebaut, um Nettoenergie zu erzeugen. Das Abkommen über den Internationalen Thermonuklearen Versuchsreaktor (ITER) wurde 2006 von den USA, der EU, Russland, China, Indien und Südkorea im Pariser Elysée-Palast offiziell unterzeichnet.
Inzwischen arbeiten mehr als 30 Länder am Bau der Versuchsanlage mit, die nach ihrer Fertigstellung 23.000 Tonnen wiegen und Temperaturen von bis zu 150 Millionen °C standhalten soll.
"In gewisser Weise ist dies wie ein nationales Labor, eine große Forschungseinrichtung. Aber es ist wirklich ein Zusammenschluss der nationalen Laboratorien von 35 Ländern", sagte Coblentz, der Kommunikationschef von ITER, gegenüber Euronews Next.
Wie funktioniert die Kernfusion?
Bei der Kernfusion verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem einzigen schwereren, wodurch eine enorme Energiefreisetzung entsteht. Im Falle der Sonne werden die Wasserstoffatome in ihrem Kern durch den enormen Gravitationsdruck miteinander verschmolzen.
In der Zwischenzeit werden auf der Erde vor allem zwei Methoden zur Erzeugung von Kernfusion erforscht.
"Die erste haben Sie vielleicht schon in der National Ignition Facility in den USA gehört", erklärt Coblentz.
"Man nimmt ein sehr, sehr kleines Stück - so groß wie ein Pfefferkorn - von zwei Formen von Wasserstoff: Deuterium und Tritium. Und man beschießt sie mit Lasern. Man macht also das Gleiche. Man zerstört den Druck und fügt Wärme hinzu, und man erhält eine Explosion von Energie, E = mc². Eine kleine Menge an Materie wird in Energie umgewandelt".
Das ITER-Projekt konzentriert sich auf den zweiten möglichen Weg: die Fusion mit magnetischem Einschluss.
"In diesem Fall haben wir eine sehr große Kammer, 800 m³, in die wir eine winzige Menge Brennstoff - 2 bis 3 g Brennstoff, Deuterium und Tritium - einbringen und durch verschiedene Heizsysteme auf 150 Millionen Grad bringen", so Laban.
"Das ist die Temperatur, bei der die Geschwindigkeit dieser Teilchen so hoch ist, dass sie sich mit ihrer positiven Ladung nicht mehr gegenseitig abstoßen, sondern sich verbinden und verschmelzen. Und wenn sie verschmelzen, geben sie ein Alphateilchen und ein Neutron ab".
Im Tokamak werden die geladenen Teilchen von einem Magnetfeld eingeschlossen, mit Ausnahme der hochenergetischen Neutronen, die entweichen und auf die Wand der Kammer treffen, ihre Wärme abgeben und damit das Wasser hinter der Wand erhitzen.
Theoretisch könnte die Energie durch den entstehenden Dampf, der eine Turbine antreibt, nutzbar gemacht werden.
"Dies ist, wenn man so will, der Nachfolger einer langen Reihe von Forschungsgeräten", erklärte Richard Pitts, der Leiter der wissenschaftlichen Abteilung von ITER.
"Die Tokamak-Physik wird seit etwa 70 Jahren erforscht, seit die ersten Experimente in den 1940er und 50er Jahren in Russland entworfen und gebaut wurden", fügte er hinzu.
Laut Pitts waren die ersten Tokamaks kleine, auf einem Tisch stehende Geräte.
WERBUNG"Dann wurden sie nach und nach immer größer, weil wir aufgrund unserer Arbeit an diesen kleineren Geräten und unserer Studien zur Skalierung von klein zu größer zu größer wissen, dass wir ein Gerät dieser Größe brauchen, um eine Netto-Fusionsleistung zu erzielen", sagte er.
Vorteile der Kernfusion
Kernkraftwerke gibt es seit den 1950er Jahren. Sie nutzen die Kernspaltungsreaktion, bei der ein Atom in einem Reaktor gespalten wird und dabei eine enorme Menge an Energie freigesetzt wird. Die Kernspaltung hat den klaren Vorteil, dass sie bereits als bewährte Methode etabliert ist, da heute weltweit über 400 Kernspaltungsreaktoren in Betrieb sind.
Doch obwohl es in der Geschichte nur selten zu nuklearen Katastrophen kam, erinnert die katastrophale Kernschmelze von Reaktor 4 in Tschernobyl im April 1986 eindringlich daran, dass sie nie völlig risikofrei sind.
Darüber hinaus müssen Kernspaltungsreaktoren auch mit der sicheren Entsorgung großer Mengen radioaktiver Abfälle fertig werden, die in der Regel tief unter der Erde in geologischen Endlagern vergraben werden.
Im Gegensatz dazu stellt ITER fest, dass ein Fusionskraftwerk in ähnlicher Größenordnung Strom aus einer viel geringeren Menge chemischer Stoffe, nämlich nur einigen Gramm Wasserstoff, erzeugen würde.
WERBUNG"Die Sicherheitseffekte sind nicht einmal vergleichbar", so Coblentz.
"Man hat nur 2 bis 3 g Material. Außerdem werden das Material in einer Fusionsanlage, Deuterium und Tritium, und das Material, das herauskommt, nicht-radioaktives Helium und ein Neutron, alle nutzbar gemacht. Es gibt also sozusagen keine Reste, und der Bestand an radioaktivem Material ist äußerst, äußerst gering", fügte er hinzu.
Rückschläge für das ITER-Projekt
Die Herausforderung bei der Fusion, so Coblentz, besteht darin, dass diese Kernreaktoren nach wie vor extrem schwierig zu bauen sind. "Man versucht, etwas auf 150 Millionen Grad zu bringen. Man versucht, es in der erforderlichen Größe zu bauen und so weiter. Das ist einfach eine schwierige Sache", sagte er. Sicherlich hat das ITER-Projekt mit der Komplexität dieses gigantischen Vorhabens gekämpft.
Der ursprüngliche Zeitplan für das ITER-Projekt sah das Jahr 2025 als Datum für das erste Plasma vor, die vollständige Inbetriebnahme des Systems war für 2035 vorgesehen.
Doch Rückschläge bei den Komponenten und Verzögerungen im Zusammenhang mit COVID-19 haben dazu geführt, dass sich der Zeitplan für die Inbetriebnahme des Systems verschoben und das Budget entsprechend aufgebläht hat.
WERBUNGDie ursprünglich geschätzten Kosten für das Projekt beliefen sich auf 5 Milliarden Euro, sind aber inzwischen auf über 20 Milliarden Euro angewachsen.
"Wir sind schon früher auf Herausforderungen gestoßen, einfach aufgrund der Komplexität und der Vielzahl neuartiger Materialien und Komponenten in einer neuartigen Maschine", erklärte Coblentz.
Ein bedeutender Rückschlag waren Fehlausrichtungen an den Schweißflächen von Segmenten der in Südkorea hergestellten Vakuumkammer.
"Die Teile, die bei uns ankamen, wiesen an den Kanten, an denen sie zusammengeschweißt wurden, so viele Abweichungen auf, dass wir diese Kanten nacharbeiten mussten", sagte Coblentz.
"In diesem speziellen Fall ist es keine Raketenwissenschaft. Es ist nicht einmal Kernphysik. Es geht nur um die Bearbeitung und darum, die Dinge mit einem unglaublichen Maß an Präzision zu fertigen, was sehr schwierig war", fügte er hinzu.
WERBUNGCoblentz sagt, das Projekt befinde sich derzeit in einem Prozess der Neufestlegung, in der Hoffnung, das Ziel für den Beginn des Fusionsbetriebs im Jahr 2035 so nah wie möglich zu erreichen.
"Anstatt uns auf die Daten zu konzentrieren, die wir vor dem ersten Plasma und dem ersten Test der Maschine im Jahr 2025 hatten, und dann eine Reihe von vier Stufen zu durchlaufen, um im Jahr 2035 die Fusionsenergie zu erreichen, werden wir das erste Plasma einfach überspringen. Wir werden dafür sorgen, dass die Tests auf andere Weise durchgeführt werden, damit wir dieses Datum so weit wie möglich einhalten können", sagte er.
Internationale Zusammenarbeit
Was die internationale Zusammenarbeit anbelangt, so ist ITER so etwas wie ein Einhorn, da es dem Gegenwind der geopolitischen Spannungen zwischen vielen der am Projekt beteiligten Nationen standgehalten hat.
"Diese Länder sind offensichtlich nicht immer ideologisch auf einer Linie. Wenn man sich die Flaggen auf der Baustelle von Alphabet ansieht, dann liegt China neben Europa und Russland neben den Vereinigten Staaten", so Coblentz.
"Für diese Länder gab es keine Gewissheit, als sie sich zu einer 40-jährigen Zusammenarbeit verpflichteten. Es wird nie die Gewissheit geben, dass es nicht zu Konflikten kommen wird".
WERBUNGCoblentz führt den relativen Erfolg des Projekts auf die Tatsache zurück, dass es ein gemeinsamer Generationstraum ist, die Kernfusion zum Laufen zu bringen.
"Das ist es, was diese Kraft zusammenhält. Und deshalb hat es auch die aktuellen Sanktionen überlebt, die Europa und andere Länder gegen Russland im Zusammenhang mit der aktuellen Situation in der Ukraine verhängt haben", fügte er hinzu.
Klimawandel und saubere Energie
Angesichts des Ausmaßes der Herausforderung, die der Klimawandel darstellt, ist es nicht verwunderlich, dass Wissenschaftler alles daran setzen, eine kohlenstofffreie Energiequelle für unsere Welt zu finden.
Doch eine ausreichende Versorgung mit Fusionsenergie ist noch in weiter Ferne, und selbst ITER räumt ein, dass sein Projekt die langfristige Antwort auf die Energieprobleme darstellt.
Auf die Behauptung, dass die Fusion zu spät kommt, um die Klimakrise sinnvoll zu bekämpfen, entgegnet Coblentz, dass die Fusionsenergie in ferner Zukunft eine Rolle spielen könnte.
WERBUNG"Wenn der Meeresspiegel wirklich so stark ansteigt, dass wir den Energieverbrauch benötigen, um Städte zu bewegen? Wenn wir anfangen, Energieprobleme in diesem Ausmaß zu sehen, wird die Antwort auf Ihre Frage wirklich offensichtlich", sagte er.
"Je länger wir auf die Kernfusion warten, desto dringender brauchen wir sie. Das kluge Handeln ist also, sie so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen".
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