Forschen für die
Energie der Zukunft

Den Energiebedarf der Welt decken

Unsere derzeitige Energieerzeugung basiert stark auf fossilen Brennstoffen, deren Vorräte irgendwann erschöpft sein werden. Derzeit wird der weltweite Energieverbrauch zu 80% mit  fossilen Brennstoffen gedeckt.  Aus dieser Abhängigkeit müssen wir uns möglichst schnell befreien, um den wachsenden Energiebedarf auf der Welt decken zu können und den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Als nahezu unerschöpfliche, sichere und CO2-freie Energiequelle kann Kernfusion eine Lösung sein – wenn sie erst einmal nutzbar gemacht worden ist.

In der Sonne bewirken die immense Gravitationskraft und die hohen Temperaturen den Fusionsprozess. Auf der Erde lässt sich diese immense Gravitationskraft, die benötigt wird, um die Wasserstoffkerne zusammenzuhalten, nicht replizieren. Deshalb braucht es andere Ansätze, um Fusionsprozesse auf der Erde zu ermöglichen.

150 Millionen Grad Celsius

Um eine Fusionsreaktion auf der Erde zu initiieren, müssen Gase auf extreme Temperaturen von etwa 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden – gut das Zehnfache der Temperatur im Inneren der Sonne. Dabei fusionieren nicht alle Atomkerne gleich gut. Fusionsforscher haben herausgefunden, dass die Fusionsreaktion am einfachsten zwischen zwei bestimmten Wasserstoffisotopen gelingt:  Deuterium, das aus Wasser extrahiert wird, und Tritium, das während der Fusionsreaktion durch den Kontakt aus Lithium entsteht. Wenn Deuterium- und Tritiumkerne miteinander verschmelzen, bilden sie einen Heliumkern, ein Neutron und sie setzen Energie frei.

Deuterium-Tritium

Der Fusionsbrennstoff der Zukunft


Ein magnetischer Käfig

Fusionswissenschaftler haben Methoden entwickelt, mit denen Plasma auf Temperaturen von 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden kann. Es gibt jedoch kein Material, das solch unvorstellbar heißen Temperaturen standhält und somit als Plasmagefäß dienen könnte. Daher greifen Fusionsforscher auf eine andere Methode zurück, um das Plasma einzuschließen. Sie beruht auf dem Prinzip des magnetischen Einschlusses, bei dem die heißen Plasmapartikel zwischen extrem starken Magnetfeldern eingeschlossen werden. Damit durch Fusion Energie erzeugt werden kann, müssen die Partikel ausreichend lange zusammengehalten bleiben.

Übrigens ...

Im Fusionsreaktor ITER werden künftig supraleitende Magnetspulen mit einem Gewicht von 10.000 Tonnen die Magnetfelder erzeugen, mit denen Plasma ausgelöst, eingeschlossen, geformt und manipuliert wird.


Der Tokamak

Der bisher am weitesten entwickelte und am besten erforschte Reaktortyp für Fusionsreaktionen ist der Tokamak. Tokamak ist die Abkürzung für den russischen Begriff „Тороидальная Камера с Магнитными Катушками“.  Es handelt sich hierbei um eine torusförmige Vakuumkammer. Diese ist von Magnetspulen umgeben, die ein ringförmiges (i.e. toroidales) Magnetfeld erzeugen.

Der größte Tokamak, der derzeit in Betrieb ist, ist die europäische Anlage von EUROfusion, der Joint European Torus, kurz JET. Er befindet sich in Großbritanien im Culham Center for Fusion Energy. ITER, das größte Fusionsexperiment weltweit, wird momentan im französischen Cadarache gebaut und ist ebenfalls vom Typ Tokamak. ITER wird zeigen, dass sich das Fusionsprinzip als zukünftige Energiequelle eignet.

Tokamak

ist die Abkürzung für eine torusförmige Vakuumkammer, die von Magnetspulen umgeben ist.