Fusionsbetrieb

Fusionsbetrieb bezeichnet den Betriebsmodus von Anlagen zur kontrollierten Kernfusion, in denen Wasserstoffisotope wie Deuterium und Tritium zu schweren Kernen verschmolzen werden. Zweck ist die Freisetzung von Energie in Form von Wärme, die zur Erzeugung von Dampf und Strom genutzt wird. Dafür sind Plasmatemperaturen von mehreren ZehnMillionen Grad nötig und eine stabile Konfinierung des Plasmas über längere Zeit. Ein wirtschaftlich nutzbarer Fusionsbetrieb strebt eine Nettoenergieerzeugung (Energieausbeute größer als Energieaufwand) sowie minimale Umweltbelastung an.

Es gibt zwei Hauptansätze: magnetische Einschlussanlagen (vor allem Tokamak und Stellarator) und trägheitsbasierte Ansätze (Laser- oder Ionenstrahlfusion). Im magnetischen Fusionsbetrieb wird das heiße Plasma durch starke Magnetfelder in einem torusförmigen Gefäß eingeschlossen. Heizeinrichtungen umfassen Ohmische Heizung, Mikrowellen, Ion Cyclotron/ Electron Cyclotron Heating und Neutralbeam Injection. Die aus der Fusionsreaktion resultierenden Neutronen erhitzen das Heizsystem der Anlage; überschüssige Wärme treibt Turbinen an. Betriebsabläufe umfassen Plasmazündung, Brennstoffzufuhr, Stabilisierung, Wartung und regelmäßige Sicherheitstests.

Zu den zentralen Herausforderungen zählen die Erreichung eines Nettoenergiegewinns, die Materialbelastung durch Neutronen, das Tritium-Management, Kostenreduktion und Zuverlässigkeit. Derzeit befinden sich Fusionssysteme überwiegend in Forschungs- und Demonstrationsbetrieben; kommerzielle Fusionskraftwerke existieren noch nicht. Bedeutende Anlagen sind ITER in Frankreich, JET in Großbritannien und NIF in den USA, die dem Ziel dienen, Machbarkeit, Betriebskonzepte und Technologie zu validieren.