Im Inneren des weltweit ersten Reaktors, der die Erde mit Strom versorgt und dabei die gleiche Kernreaktion wie die Sonne nutzt

Im Herzen der Provence bereiten einige der klügsten wissenschaftlichen Köpfe der Welt die Bühne für das, was als das größte und ehrgeizigste wissenschaftliche Experiment der Welt bezeichnet wird.

„Wir bauen die wohl komplexeste Maschine, die jemals entwickelt wurde“, verrät Laban Coblentz.

Die vorliegende Aufgabe besteht darin, die Machbarkeit der Nutzung der Kernfusion – der gleichen Reaktion, die unsere Sonne und Sterne antreibt – im industriellen Maßstab zu demonstrieren.

Zu diesem Zweck wird in Südfrankreich die weltweit größte magnetische Einschlusskammer, Tokamak, gebaut, um Nettoenergie zu erzeugen.

Die Projektvereinbarung zum Internationalen Thermonuklearen Experimentellen Reaktor (ITER) wurde 2006 von den USA, der EU, Russland, China, Indien und Südkorea im Elysée-Palast in Paris offiziell unterzeichnet.

Mittlerweile arbeiten mehr als 30 Länder am Bau des Versuchsgeräts zusammen, das nach seiner Fertigstellung voraussichtlich 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 eigentlich die Konvergenz der nationalen Labore von 35 Ländern“, sagte Coblentz, Kommunikationsleiter von ITER, gegenüber Euronews Next.

Wie funktioniert Kernfusion?

Kernfusion ist der Prozess, bei dem zwei leichte Atomkerne zu einem einzigen schwereren verschmelzen und dabei eine enorme Energiefreisetzung erzeugen.

Im Fall der Sonne werden die Wasserstoffatome in ihrem Kern durch den enormen Gravitationsdruck miteinander verschmolzen.

Mittlerweile werden hier auf der Erde zwei Hauptmethoden zur Erzeugung von Fusion erforscht.

„Das erste haben Sie vielleicht in der National Ignition Facility in den USA gehört“, erklärte Coblentz.

„Man nimmt ein sehr, sehr kleines Stück – so groß wie ein Pfefferkorn – von zwei Formen von Wasserstoff: Deuterium und Tritium. Und man schießt Laser auf sie. Also machen Sie das Gleiche. Sie unterdrücken auch den Druck.“ Wenn man Wärme hinzufügt, kommt es zu einer Energieexplosion, E = mc². Eine kleine Menge Materie wird in Energie umgewandelt.

Das Projekt von ITER konzentriert sich auf den zweiten möglichen Weg: Fusion mit magnetischem Einschluss.

„In diesem Fall haben wir eine sehr große Kammer, 800 m³, und wir füllen eine sehr kleine Menge Brennstoff – 2 bis 3 g Brennstoff, Deuterium und Tritium – und bringen ihn durch verschiedene Heizsysteme auf bis zu 150 Millionen Grad.“ „, sagte Laban.

„Das ist die Temperatur, bei der die Geschwindigkeit dieser Teilchen so hoch ist, dass sie sich nicht mit ihrer positiven Ladung 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 austreten und auf die Wand der Kammer treffen, ihre Wärme übertragen und dadurch das hinter der Wand fließende Wasser erhitzen.

Theoretisch würde die Energie durch den entstehenden Dampf genutzt, der eine Turbine antreibt.

„Dies ist, wenn man so will, der Nachfolger einer langen Reihe von Forschungsgeräten“, erklärte Richard Pitts, Sektionsleiter der Wissenschaftsabteilung von ITER.

„Das Fachgebiet erforscht die Tokamak-Physik seit rund 70 Jahren, seit die ersten Experimente in den 1940er und 50er Jahren in Russland entworfen und gebaut wurden“, fügte er hinzu.

Laut Pitts waren die frühen Tokamaks kleine Tischgeräte.

„Dann werden sie nach und nach größer und größer, weil wir – aus unserer Arbeit an diesen kleineren Geräten, unseren Skalierungsstudien von klein nach größer und immer größer – wissen, dass wir, um aus diesen Dingen Netto-Fusionsenergie zu erzeugen, … Ich muss einen so großen machen“, sagte er.

Vorteile der Fusion

Kernkraftwerke gibt es seit den 1950er-Jahren und nutzen eine Spaltungsreaktion, bei der das Atom in einem Reaktor gespalten wird und dabei eine enorme Energiemenge freigesetzt wird.

Die Spaltung hat den klaren Vorteil, dass sie bereits die etablierte und bewährte Methode ist, da heute weltweit über 400 Kernspaltungsreaktoren in Betrieb sind.

Aber obwohl Atomkatastrophen in der Geschichte selten vorkommen, ist die katastrophale Kernschmelze von Reaktor 4 in Tschernobyl im April 1986 eine deutliche Erinnerung daran, dass sie nie völlig risikofrei sind.

Darüber hinaus müssen sich Spaltreaktoren auch mit der sicheren Entsorgung großer Mengen radioaktiver Abfälle auseinandersetzen, die typischerweise tief unter der Erde in geologischen Endlagern vergraben sind.

Im Gegensatz dazu stellt ITER fest, dass eine Fusionsanlage ähnlicher Größenordnung Strom aus einer viel geringeren Menge an Chemikalien erzeugen würde, nämlich nur ein paar Gramm Wasserstoff.

„Die Sicherheitseffekte sind nicht einmal vergleichbar“, stellte Coblentz fest.

„Sie haben nur 2 bis 3 g Material. Darüber hinaus werden das Material in einer Fusionsanlage, Deuterium und Tritium, und das Material, das herauskommt, nicht radioaktives Helium und ein Neutron, alle genutzt. Es bleibt also kein Rest übrig.“ „Sozusagen, und der Bestand an radioaktivem Material ist äußerst, äußerst gering“, fügte er hinzu.

Rückschläge beim ITER-Projekt

Die Herausforderung bei der Kernfusion besteht laut Coblentz darin, dass der Bau dieser Kernreaktoren nach wie vor äußerst schwierig ist.

„Man versucht, etwas auf bis zu 150 Millionen Grad zu bringen. Man versucht, es in die erforderliche Größenordnung zu bringen und so weiter. Das ist einfach eine schwierige Sache“, sagte er.

Sicherlich hatte das ITER-Projekt mit der Komplexität dieses gigantischen Unterfangens zu kämpfen.

Der ursprüngliche Zeitplan für das ITER-Projekt sah 2025 als Datum für das erste Plasma vor, wobei die vollständige Inbetriebnahme des Systems für 2035 geplant war.

Aber Rückschläge bei Komponenten und COVID-19-bedingte Verzögerungen haben zu einer Verschiebung des Zeitplans für die Systeminbetriebnahme und einem entsprechend explodierenden Budget geführt.

Die ursprüngliche Kostenschätzung für das Projekt belief sich auf 5 Milliarden Euro, ist aber auf über 20 Milliarden Euro angewachsen.

„Wir sind schon früher auf Herausforderungen gestoßen, einfach aufgrund der Komplexität und der Vielzahl einzigartiger Materialien und einzigartiger Komponenten in einer einzigartigen Maschine“, erklärte Coblentz.

Ein erheblicher Rückschlag waren Fehlausrichtungen der Schweißflächen von Segmenten der in Südkorea hergestellten Vakuumkammer.

„Bei denen, die angekommen sind, sind die Kanten, an denen man sie zusammenschweißt, so fehlerhaft, dass wir diese Kanten neu bearbeiten müssen“, sagte Coblentz.

„In diesem speziellen Fall handelt es sich nicht um Raketenwissenschaft. Es handelt sich nicht einmal um Kernphysik. Es geht lediglich darum, Dinge mit einem unglaublichen Grad an Präzision zu bearbeiten, was schwierig war“, fügte er hinzu.

Laut Coblentz befindet sich das Projekt derzeit in einem Prozess der Neuordnung, in der Hoffnung, so nah wie möglich an seinem Ziel für den Beginn des Fusionsbetriebs im Jahr 2035 zu bleiben.

„Anstatt uns auf unsere Daten vor einem ersten Plasma, dem ersten Test der Maschine im Jahr 2025 und dann einer Reihe von vier Stufen zu konzentrieren, um zunächst im Jahr 2035 zur Fusionsleistung zu gelangen, werden wir einfach das erste Plasma überspringen. Das werden wir.“ Stellen Sie sicher, dass diese Tests auf andere Weise durchgeführt werden, damit wir diesen Termin so weit wie möglich einhalten können“, sagte er.

Internationale Zusammenarbeit

Was internationale Kooperationen betrifft, ist ITER so etwas wie ein Einhorn, da es dem Gegenwind der geopolitischen Spannungen zwischen vielen an dem Projekt beteiligten Nationen standgehalten hat.

„Diese Länder sind offensichtlich nicht immer ideologisch auf einer Linie. Wenn man sich die Flaggen auf der Arbeitsseite von Alphabet ansieht, fliegt China neben Europa, Russland neben den Vereinigten Staaten“, bemerkte Coblentz.

„Es gab keine Gewissheit, dass diese Länder eine 40-jährige Verpflichtung zur Zusammenarbeit eingehen würden. Es wird niemals Gewissheit geben, dass es keine Konflikte geben würde.“

Coblentz führt den relativen Erfolg des Projekts auf die Tatsache zurück, dass es ein gemeinsamer Generationentraum ist, die Kernfusion zum Laufen zu bringen.

„Das ist es, was diese Stärke zusammenbringt. Und deshalb hat es die aktuellen Sanktionen überlebt, die Europa und andere in der aktuellen Situation mit der Ukraine gegen Russland verhängen“, fügte er hinzu.

Klimawandel und saubere Energie

Angesichts des Ausmaßes der Herausforderung, die der Klimawandel mit sich bringt, ist es kein Wunder, dass Wissenschaftler darum kämpfen, eine kohlenstofffreie Energiequelle für die Stromversorgung unserer Welt zu finden.

Eine ausreichende Versorgung mit Fusionsenergie ist jedoch noch in weiter Ferne, und sogar ITER gibt zu, dass ihr Projekt die langfristige Antwort auf Energieprobleme darstellt.

Als Reaktion auf die Vorstellung, dass die Kernfusion zu spät käme, um einen sinnvollen Beitrag zur Bekämpfung der Klimakrise zu leisten, behauptet Coblentz, dass die Fusionsenergie auch in Zukunft eine Rolle spielen könnte.

„Wenn der Meeresspiegel wirklich so stark ansteigt, dass wir den Energieverbrauch für den Umzug von Städten benötigen? Wenn wir beginnen, Energieherausforderungen in diesem Ausmaß zu sehen, wird die Antwort auf Ihre Frage wirklich offensichtlich“, sagte er.

„Je länger wir auf die Fusion warten, desto mehr brauchen wir sie. Das kluge Geld lautet also: So schnell wie möglich hierher kommen.“

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