Kernfusion
Die Verschmelzung leichter Kerne wie Deuterium und Tritium zu einem schwereren Kern, bei der Energie frei wird; der Prozess, der die Sonne antreibt, und ein experimenteller Weg zur Stromerzeugung.
Am leichtesten zugänglich ist die Fusion von Deuterium und Tritium (D-T):
Dafür braucht das Plasma Temperaturen von rund 100–150 Millionen °C. Für die Zündung muss das Lawson-Tripelprodukt (Dichte × Temperatur × Einschlusszeit) etwa 3 × 1021 keV·s/m3 übersteigen. Es gibt zwei Hauptansätze:
- Magnetischer Einschluss: Tokamaks (ITER, JET, JT-60SA, SPARC) und Stellaratoren (Wendelstein 7-X).
- Trägheitseinschluss: Laser komprimieren Brennstoffkügelchen. Die US-amerikanische National Ignition Facility erreichte im Dezember 2022 einen Target-Gewinn über 1 (3,15 MJ Ausbeute bei 2,05 MJ Laserenergie) und später über 5 MJ, wobei die Laser rund 300 MJ aus der Steckdose ziehen.
Wichtige Kennzahlen sind Qplasma (Fusionsleistung im Verhältnis zur Heizleistung) und Qengineering (Netto-Stromerzeugung). ITER in Frankreich soll mit 500 MW Fusionsleistung Q = 10 erreichen; nach dem überarbeiteten Zeitplan beginnt der D-T-Betrieb erst Ende der 2030er-Jahre. Private Unternehmen wie Commonwealth Fusion Systems, Helion und TAE planen Pilotanlagen in den 2030er-Jahren.
Ungelöst sind das Erbrüten von Tritium in Lithium-Blankets (Tritium ist knapp, weltweit etwa 20 kg), Werkstoffe, die der Neutronenstrahlung mit 14 MeV standhalten, und eine wirtschaftliche Leistungsdichte. Fusion erzeugt keinen langlebigen hochradioaktiven Abfall, aktivierte Bauteile müssen aber entsorgt werden. Anders als bei der Kernspaltung gibt es keine Kettenreaktion, die außer Kontrolle geraten könnte.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Kernspaltung
Die Spaltung eines schweren Atomkerns wie Uran-235 oder Plutonium-239 in leichtere Kerne nach dem Einfang eines Neutrons; dabei werden etwa 200 MeV Energie und weitere Neutronen frei.
- Thorium-Brennstoffkreislauf
Kernbrennstoffkreislauf auf Basis von brütbarem Thorium-232, das ein Neutron einfängt und zu spaltbarem Uran-233 zerfällt; Alternative zum Uran-Plutonium-Brennstoff.
- Sievert (Strahlendosis)
SI-Einheit der effektiven Dosis: Sie gewichtet die absorbierte Strahlungsenergie nach Strahlungsart und Gewebeempfindlichkeit, um das stochastische Gesundheitsrisiko abzuschätzen; 1 Sv = 1 J/kg.
- SMR (Small Modular Reactor, kleiner modularer Reaktor)
Kernreaktor mit bis zu etwa 300 MWe pro Modul, ausgelegt auf Fertigung in der Fabrik und modularen Aufbau, um Bauzeit und Finanzierungsrisiko zu senken.