Welche Technik bestimmt unsere Energiezukunft?

Viele Energieexperten und Politiker setzen auf die Kernfusion. Dabei stehen Laser- und Magnettechnik zur Debatte. Der stärkste Laser der Welt gibt der Laserfusion jetzt Auftrieb.

Die Kernfusion ist die große Zukunftshoffnung vieler Energiepolitiker. Sie verspricht Energie im Überfluss, noch dazu relativ sauber erzeugt aus dem häufigsten Element im Kosmos, dem Wasserstoff. Wenn von Fusionskraftwerken die Rede ist, denken die meisten Menschen wohl an Reaktoren, in denen starke Magnetfelder Wasserstoffgas komprimieren. Dazu muss es so stark aufgeheizt werden, dass seine Atome die Elektronen in ihren Hüllen verlieren, sodass es als elektrisch leitfähiges Plasma vorliegt.

Bei der „Zündtemperatur“ von 100 Millionen Grad verschmelzen die Kerne aus Wasserstoff bzw. den schweren Wasserstoff-Isotopen Deuterium und Tritium unter Freisetzung von Neutronen. Dabei wird ein kleiner Teil der Masse der Atomkerne gemäß der Einsteinschen Formel E = mc2 in Bewegungsenergie der Fusionsprodukte überführt. Nach diesem Prinzip funktioniert auch der Internationale Fusionsreaktor ITER, der in der französischen Kernforschungsanlage Cadarache gebaut wird und die technische Machbarkeit der Technologie endgültig nachweisen soll.

Alternative: Laserfusion

Ob sich die mit dem Magneteinschluss funktionierenden Meiler durchsetzen, ist aber noch nicht klar. Denn insbesondere in den USA forschen Kernphysiker an einer Alternative: der Laserfusion, die mit dem sogenannten Trägheitseinschluss arbeitet. Hier wird der Brennstoff durch gewaltige Laserstrahlen extrem verdichtet und aufgeheizt. Dabei genügt die Massenträgheit des Plasmas selbst, um es ausreichend lange zusammenzuhalten, bis die Fusionsreaktionen einsetzen. Das Funktionsprinzip ist nachgewiesen, denn es liegt auch der Wasserstoffbombe zugrunde, die bekanntlich gewaltige Energiemengen freisetzt.

Führend auf diesem Gebiet ist die National Ignition Facility (kurz: NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien. Sie wurde soeben fertiggestellt und soll demnächst den Probebetrieb aufnehmen. Fusionsexperimente werden dann 2010 beginnen. Die NIF ist in einem riesigen, zehnstöckigen Gebäude auf 20 000 Quadratmetern Fläche untergebracht. Ihr „Zündsystem“ besteht aus 192 Ultraviolett-Lasern, die im Endausbau die stärksten der Welt sind. Bei jedem Schuss legt ihr Licht über 300 Meter zurück und wird dabei von einem ausgeklügelten optischen System gebündelt.

Die Strahlen laufen in einer kugelförmigen Reaktionskammer von zehn Metern Durchmesser zusammen. In deren Mitte liegt das Ziel der geballten Strahlenkraft: ein zwei Millimeter großes Kügelchen, das als Fusionsbrennstoff 150 Mikrogramm (1 µg = ein Millionstel Gramm) Gemisch aus gefrorenem Deuterium und Tritium enthält.

Die Laser erreichen Pulsenergien von 1,8 Millionen Joules. Weil aber ein Laserpuls nur drei bis 20 Milliardstel Sekunden lang dauert, erreichen die Laser in der Spitze eine geballte Leistung von 500 Terawatt (1 TW = eine Billion Watt), das entspricht laut den NIF-Physikern dem Tausendfachen der Stromerzeugungskapazität aller US-Kraftwerke und ist 60-mal mehr, als das Vorgängersystem „Nova“ leistete. In den Experimenten sollen die für die Kernfusion günstigsten Pulskonfigurationen herausgefunden werden. Dabei wollen die Forscher auch einen speziellen ultrakurzen Impuls erzeugen, der die Leistung auf ein Petawatt (1 PW = eine Billiarde Watt) hinauftreibt. Er soll in einer weiteren Technikvariante einen zusätzlichen Zündimpuls liefern.

Diese Leistungsdaten sind beeindruckend. Doch um damit Fusionsreaktionen zu zünden und die freigesetzte Energie kontinuierlich in Strom zu verwandeln, bedarf es weiterer technologischer Kraftakte. So müssen die Brennstoffkügelchen im richtigen Takt gezündet werden. Sie bestehen aus einer Kugelschale aus Beryllium oder hochdichtem Kohlenstoff, in die Deuterium-Tritium-Gas gefüllt wird. Beim Abkühlen unter seinen Gefrierpunkt schlägt es sich als Eisschicht innen an der Hohlkugel nieder. Die Brennstoffkapseln werden in einen neun Millimeter hohen und fünf Millimeter breiten Hohlzylinder aus Gold- und Uranschichten gepackt. Kettenreaktion Kernfusion

Die gebündelten Laserstrahlen treffen die Kapsel darin entweder direkt durch Eintrittsfenster im Zylinder, oder sie prallen auf dessen Innenwand, wo ihre Energie in Röntgenstrahlung umgesetzt wird. In beiden Fällen bringen die konzentrischen Strahlen die Deuterium-Tritium-Schicht darin zur Implosion. Dabei werden die „Zündbedingungen“ erreicht – also eine extrem hohe Dichte von mehr als dem Hundertfachen von Blei, der hundertmilliardenfache Druck der Erdatmosphäre und über 100 Millionen Kelvin Temperatur –, sodass die kettenreaktionsartig weiterlaufende Kernfusion startet. Dass dafür höchste Fertigungspräzision erforderlich ist, liegt auf der Hand: Die Toleranzen für diese Komponenten – etwa die Abweichung der Brennstoffkapseln von der idealen Kugelform – liegen bei nur wenigen Mikrometern.

Im Experimentalbetrieb der NIF werden Kapsel und Zylinder von Metallträgern exakt im Zentrum der Reaktionskammer gehalten. Pro Tag sind nur wenige Laserschüsse auf dieses Ziel möglich. In einem Fusionskraftwerk müssen die Kapseln jedoch Schlag auf Schlag detonieren, optimal sind fünf bis zehn Zündpulse pro Sekunde. In diesem Rhythmus müssen die Hohlzylinder mit den Brennstoffkapseln in die Reaktionskammer geschossen werden. Dies soll mittels spezieller Gaskanonen geschehen, alternativ kommen elektromagnetische Beschleuniger in Betracht. Die Projektile werden dabei über 100 Meter pro Sekunde schnell. Ein Zielerfassungssystem verfolgt ihre Bahn und lenkt die Laserstrahlen auf sie.

Bereits bei fünf Schüssen pro Sekunde werden täglich über 400 000 Projektile benötigt. Sie sollen in einer speziellen Fertigungsstätte hergestellt werden. Um die Kosten für die Stromproduktion in Grenzen zu halten, darf ihr Preis 25 Cent nicht über- und der Energiegewinn den Faktor 100 nicht unterschreiten. Tatsächlich setzt jede gezündete Kapsel die hundertfache Menge der Energie frei, die für die Erzeugung der Laserpulse benötigt wird. Sie ist in den Fusionsprodukten enthalten. Dazu zählen Röntgenstrahlen und hochenergetische Heliumionen, in erster Linie aber Neutronen, die nach der Zündung durch die Reaktionskammer schwirren. Letztere tragen rund 70 Prozent der freigesetzten Energie. Sie prallen auf die Wand der Kammer und erhitzen diese. Die Wärme wird genutzt, um Wasserdampf zu erzeugen, der zur Stromerzeugung dann eine konventionelle Turbine antreibt.

Miniaturstern auf Erden

Für diesen Prozess aber bedarf es einer speziellen Ausgestaltung der Kammer. Sie ist mit einer 0,5 bis einen Meter dicken Schicht aus Lithium ausgekleidet, das als Festkörper, geschmolzenes Salz oder Flüssigmetall vorliegen kann. Dieser sogenannte Brutmantel absorbiert die Neutronen. Dabei entsteht durch kernphysikalische Prozesse Tritium, das abgeschieden wird und als Fusionsbrennstoff dient. Ein Kühlmittel – etwa flüssiges Lithium oder Heliumgas – nimmt die Hitze des Brutmantels auf und gibt sie über Wärmetauscher an den Dampferzeuger ab.

Mit dieser Technologie, erklären die NIF-Physiker stolz auf ihren Internetseiten, werde „ein Miniaturstern auf Erden“ geschaffen. Tatsächlich gleichen die physikalischen Verhältnisse in den implodierenden Brennstoffkapseln denen im Innern von Sternen oder Riesenplaneten wie Jupiter, wo auch irrwitzige Drücke und Temperaturen herrschen. Deshalb nutzen Astrophysiker die NIF auch zur Grundlagenforschung für ihr Fach. So wollen Wissenschaftler der University of California die gewaltigen Laser auf ein winziges Eisenkügelchen richten, um zu sehen, wie sich das Metall unter dem Druck der entstehenden Schockwelle verhält. Ziel ist, die chemischen Vorgänge bei der Entstehung von Riesenplaneten zu simulieren. Und weil die Zündung der Fusionsreaktion der Detonation einer Atombombe gleicht, können Militärforscher auch die Funktion ihrer Vernichtungswaffen simulieren, als Ersatz für die mittlerweile verbotenen Testexplosionen.

Neben Lasern lassen sich für Fusionskraftwerke auch Schwerionenstrahlen nutzen, wobei elektrisch geladene Atome von Neon, Xenon, Quecksilber oder Blei auf die Brennstoffkügelchen geschossen werden. Sie haben eine sehr viel höhere Energiedichte als Laser und könnten daher Energie mit einem deutlich besseren Wirkungsgrad erzeugen. Bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt etwa wird an dieser Technologie geforscht. Doch solche Ansätze stehen gegenüber der Laserfusion erst am Anfang.

Fusionsreaktor Sonne

Ob und wann kommerzielle Fusionskraftwerke gebaut werden können, weiß niemand. Experten halten die Inbetriebnahme der ersten Anlage mit Magneteinschluss um 2050 für möglich. Wann die Laserfusion so weit sein könnte, ist unklar. Vermutlich verhält es sich dabei ähnlich wie bei der Magnetkonkurrenz, die seit 40 Jahren verspricht, in 40 Jahren werde es so weit sein.

Da ist es sicher vernünftiger – und auf jeden Fall billiger –, einen Fusionsreaktor zu nutzen, dessen Funktion seit über 4,5 Millionen Jahren nachgewiesen ist und der seither störungsfrei brennt – nämlich unsere Sonne. Sie wirft uns alljährlich ein Vielfaches der Energie zu, die wir weltweit benötigen. Auch einen steigenden globalen Energiebedarf kann sie also auf lange Zeit noch mühelos decken.

Deshalb erscheint es lohnender, die Techniken zum Einfang und zur Verteilung dieser Energie zu optimieren, statt wieder riesige zentrale Kraftwerke zu bauen, die abermals nur von den Abzockern der Stromwirtschaft betrieben werden können. Einige Politiker haben dies offenbar begriffen und setzen nun auf die Solarenergie, was im Sinne künftiger Generationen ein ermutigendes Zeichen ist.

Aus aktuellem Anlaß wird folgendes Programm für den Naturschutz vorgeschlagen:

Interner Schriftwechsel an Bundeskanzlerin Angela Merkel, Konzept gegen die Auto und Finanzkrise v. Klaus-Peter Kolbatz

Mit unserem DWSZ-Finanzierungskonzept haben wir erstmals die Möglichkeit die Klimaerwärmung zu stoppen.

MACHEN AUCH SIE JETZT MIT ! …weiter…..

Informationen zu Forschungsprojekte von Klaus-Peter Kolbatz

http://www.klimaforschung.net/mystisches/USPatentUrkunde.jpg

Projekt A1 - “Schlafforschung
Projekt A2 - “Klimaforschung
Projekt A3 - “Schmerzforschung
Projekt A4 - “Burnoutforschung
Projekt A5 - “HIV-Stechmücken
Projekt A6 - “CO2-Problemlösung
Projekt A7 - “Poolalarm-Forschung
Projekt A8 - “Tsunami-Alarmsystem
Projekt A9 - “Pool-airbag-Forschung
Projekt 10 - “DDR Schule und Bildung
Projekt 11 - “Psychische Erkrankungen
Projekt 12 - “Burn-out bei Kriegskinder
Projekt 13 - “Klimaforschung “Golfstrom”
Projekt 14 - “Autos produzieren saubere Luft”
Projekt 15 - “Mystisches”. “Was ist die Seele
Projekt 16 - “Online-Burnout-Meditationsraum
Projekt 17 - “Borderline-Persönlichkeitsstörung
Projekt 18 - “Warum dreht sich die Erde eigentlich ?
Projekt 19 - “Staudamm in der Straße von Gibraltar
Projekt 20 - “Aus für Atomkraftwerke durch Dynamopark

Finanziert durch die “DWSZ

Publikationen und Auszug aus interne Schriftwechsel (pdf):

*Das Haarp Projekt, Kapitalverbrechen an unseren Kindern
*Ist die Klimaerwärmung durch Industrieabgase eine Ente !?
*Der Golfstrom als Motor für unsere globale Zentralheizung
*Mobilfunktürme heizen das ErdKlima auf!
*Aus der die Staub- Aerosolforschung
*Saubere Luft heizt Europa ein

Buchempfehlung/Leseprobe:


"Kapitalverbrechen an unseren Kindern - Das Geschäft mit der Zerstörung -"
-
.
Klaus-Peter Kolbatz, Book on Demand - 
328
Seiten;
Erscheinungsdatum: 2004, ISBN:
3833406240

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