Kernfusion: die Hoffnung stirbt zuletzt

Es lebe das Plasma

So ziemlich alles was uns umgibt besteht aus Molekülen, wobei letztere nichts anderes sind, als Atome, die sich nach bestimmten Regeln zusammengerottet haben. Moleküle bauen einen festen Gegenstand auf, so wie die Ziegelsteine ein Haus: sie haben dort einen angestammten Platz und geben dem Ganzen seine Gestalt.

Im Gegensatz zu Ziegeln aber zittern die Moleküle unentwegt vor sich hin. Für dieses Zittern sind wir Lebewesen mit Sensoren ausgestattet: bei Berührung empfinden wir Wärme. Es kommt nun vor, dass Moleküle so sehr zappeln, dass sie ihren Platz verlassen und sich auf die Reise machen. Der Gegenstand verliert dadurch seine Gestalt, er schmilzt.

Wird die Bewegung noch wilder, dann fangen die Moleküle an zu fliegen, und wir haben es mit einem Gas zu tun. Da sausen die Teilchen in der Gegend herum, prallen aufeinander wie Pingpong-Bälle, und wenn sie auf eine Oberfläche stoßen, dann üben sie eine Kraft aus, genannt „Druck“. Das Maß für die Bewegung der Atome oder Moleküle ist die Temperatur.

Erhitzen wir das Gas weiter, dann gehen zunächst die Moleküle kaputt und wir haben nur noch einzelne Atome vor uns, und bei einigen 10.000 Grad °C fangen die Elektronen an, sich von ihrem Kern zu trennen, aus dem Gas wird jetzt ein „Plasma“.

Nackte Atomkerne und freie Elektronen fliegen jetzt wirr durcheinander. Gehen wir mit der Temperatur noch höher, sagen wir zehntausend Mal so hoch, dann kann es vorkommen, dass Kerne so stark aufeinanderprallen, dass sie miteinander verschmelzen. Bei dieser „Kernfusion“ werden enorme Mengen an Energie frei, mehrere Millionen mal so viel wie bei Verbrennung von Kohle oder Gas. So erzeugt die Sonne ihre Energie.

Die kleine Sonne

Mit einer kleinen Sonne auf Erden könnten wir unseren Energiehunger stillen und wären alle Sorgen los. Aber da gibt es ein Problem. Während wir ein Stück Metall auf den Tisch stellen, Flüssigkeit in eine Schale gießen und Gas in eine Flasche einsperren können müssen wir beim Plasma darauf achten, dass es mit der Wandung seines Behälters nicht in Berührung kommt. Da würde es sich abkühlen und wäre dann kein Plasma mehr.

Die Sonne hält ihr Plasma durch die eigene Schwerkraft zusammen. Aber was sollen wir machen? Da gibt es nun einen Trick: Magnetismus. Die Atomkerne und Elektronen sind ja elektrisch geladen und sie bewegen sich sehr schnell. Magnetische Felder lenken sie von ihrer Flugbahn ab, und zwar immer quer zur momentanen Bewegung und quer zu den Magnetlinien, so dass sie sich letztlich im Kreis bewegen oder auf einer Spirale.

Anders ausgedrückt: nur parallel zu Magnetlinien können die Atome und Elektronen ungestört geradeaus fliegen. Man nehme also ein Rohr, lege es längs in ein Magnetfeld, und jetzt kann das Plasma nur ganz mühsam an die Wände des Rohres driften, während es sich in Längsrichtung frei bewegen kann. Wenn das Plasma allerdings an die Stirnflächen des Rohres stößt, dann hat die Magie ihr Ende. Dumm gelaufen.

Kluge Forscher haben nun so ein Rohr zu einem Ring gebogen und die offenen Enden zusammengeschweißt. Das sah dann so aus wie eine leckere Fleischwurst, ohne die abgeschnürten Zipfel, dafür aber mit einem kreisförmigen Magnetfeld. Das waren russische Forscher und sie nannten das Ganze „toroidalnaya kamera s‘magnitnym polem“, abgekürzt Tokamak.

Die Mutter aller Tokamaks

Im Prinzip ja, allerdings hat man immer weniger Energie herausbekommen, als man zum Heizen des Plasmas reingesteckt hat. Dieses Verhältnis, der Q-Faktor, war immer kleiner als eins. Dennoch hat man die Hoffnung nicht aufgegeben. Man hat gelernt, dass die Chancen umso besser sind, je größer man das Ding macht, so groß, dass eine Nation alleine das Projekt nicht mehr stemmen konnte.

1985 dann initiierten zwei recht vernünftige Männer, Michail Gorbatschowund Ronald Reagan, ein Projekt zum Bau des Jumbos unter allen Tokamaks, der hoffentlich kein weißer Elefant wird. Die EU und viele weitere Nationen folgten dem Projekt und 2008 starten die Erdbewegungen für das ITER genannte Projekt in Cadarache in Südfrankreich.

Die Physik hinter dem Projekt

Wenn dann also alles gut geht und der Drache eines Tages Feuer speit, dann passiert Folgendes:

1p⁺1n⁰ + 1p⁺2n⁰ → 2p⁺2n⁰ + 1n⁰ + Energie

Das Fusionsprodukt 2p2n ist der Atomkern des Gases Helium, das wir auch auf der Sonne finden, und n ist ein einzelnes Neutron, welches mit mörderischer Geschwindigkeit davon fliegt und den Löwenanteil der Energie E mit sich nimmt.

Und wann bekommen wir endlich den sauberen Strom?

Warum so langsam alles? Nun, der Torus hat zwar nur zwölf Meter Durchmesser, er würde also gut in Ihr Wohnzimmer passen, aber mit all dem Drum und Dran wird daraus dann doch wieder eine komplizierte Angelegenheit, wie hier gut zu sehen ist.

Vorsichtig gerechnet könnten also nach 2045 noch mal 25 plus 25 Jahre vergehen, bis sauberer Fusions-Strom aus der Steckdose kommt. Mit anderen Worten, liebe Leserin, lieber Leser, weder Sie noch ich werden in diesen Genuß kommen! Tut mir leid, aber meine Schuld ist es nicht.

Quo Vadis?

Neben den technologisch – wissenschaftlichen Herausforderungen lauert da noch eine ganz andere Gefahr. Es könnte sein, dass nachdem viele Milliarden Dollars, unendliche Stunden an Geisteskraft und der lebenslange Einsatz brillanter Professionals schließlich zum Erfolg geführt haben, wenn die Sonne auf Erden dann also angeknipst wird, dass dann eine Stimme ertönt: „Fusionskraft – nein danke“. Und dass auch dann, am Ende des 21. Jahrhunderts, die Vernunft sich von Ideologie geschlagen gibt und die mühsam errichteten Anlagen verschrottet werden.

So wurde die von unsensiblen Ingenieuren in den achtziger Jahren zusammengeschraubte Bezeichnung uminterpretiert in: „iter, der Weg, für die Menschheit“. Stellt sich nur noch die Frage, wohin der führen soll. Quo Vadis humanitas?

Dieser Artikel erschien zuerst bei www.think-again.org und im Buch „Grün und Dumm“ https://think-again.org/product/grun-und-dumm/