Kernfusion

Kernfusion ist der Prozess der Verschmelzung leichter Atomkerne zu schwereren Kernen, bei dem signifikante Energiemengen freigesetzt werden. Natürliche Prozesse in Sternen nutzen Kernfusion als Energiequelle; auf der Erde wird daran gearbeitet, eine kontrollierte, anhaltende Fusion zur Stromerzeugung zu erreichen. Am wichtigsten sind Fusionsreaktionen mit Deuterium und Tritium. Bei der D-T-Reaktion entsteht ein Heliumkern und ein hochenergetischer Neutron; der Großteil der Energie geht entlang des Neutrons, das genutzt oder absorbiert wird. Die Reaktionswärme liegt pro Reaktion bei rund 17,6 MeV.

Zur Erzeugung von Kernfusion werden verschiedene Ansätze verfolgt. Die am weitesten entwickelte Form ist die magnetische Fusion, die ein extrem heißes Plasma mittels kräftiger Magnete in einer Fusionsanlage einschließt, um es vor dem Kontakt mit Materialien zu schützen. Die bekanntesten Konzepte sind der Tokamak und der Stellator. Eine andere Strategie ist die inerte Fusion, bei der ein Brennstoffkorn durch sehr starke Laser oder Teilchenstrahlen komprimiert wird, bis es zündet. In vielen Ländern werden große Demonstrationsanlagen gebaut oder geplant, darunter ITER in Frankreich (Ziel: Demonstration eines brennenden Plasmas mit positivem Nettoenergieüberschuss) sowie Forschungsanlagen wie JET, Wendelstein 7-X und das Laserzentrum NIF.

Historisch wurden bedeutende Experimente in den 1950er Jahren bis heute durchgeführt, doch bislang gelang es noch nicht, dauerhaft mehr Energie zu erzeugen, als zugeführt wird. Zentrale Herausforderungen sind die Erzielung eines ausreichenden Dreifachprodukts nTτ (Lawson-Kriterium), effektive Wärmeableitung, Materialhaltbarkeit, Neutronenbelastung, Brennstoffkreislauf mit Tritium und die Skalierung auf eine wirtschaftlich nutzbare Anlage. Dennoch gilt Kernfusion als potenziell kohlenstoffarme, nahezu unerschöpfliche Energiequelle mit geringem Brennstoffbedarf.