Bei der Kernfusion verschmelzen – wie in der Sonne – Kerne leichter Atome, meist Wasserstoff, zu schwereren wie etwa Helium und setzen Energie frei. Auf der Erde lässt sich der Prozess nur in über hundert Millionen Grad heißem Plasma nachahmen. Solchen Temperaturen hält kein Material stand. Daher verfolgen Forschungseinrichtungen und Unternehmen verschiedene Konzepte, um das Plasma zu kontrollieren. Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik beispielsweise erforscht den Tokamak und den Stellarator.
Dauerbetrieb versus Pulsbetrieb
Herkömmliche Kraftwerke erzeugen kontinuierlich Strom, auch einige Fusionskonzepte sehen einen Dauerbetrieb vor (Unendlichkeits-Symbol). Bei anderen findet die Kernfusion gepulst statt, also stoßweise (Symbol mit ausgehenden Pulsen). Bislang ist ungelöst, wie sich Fusionsreaktionen bei gepulstem Betrieb schnell genug hintereinander zünden lassen.
Wie weit einzelne Fusionskonzepte gediehen sind, lässt sich anhand dreier Kriterien grob bewerten:
Das Tripelprodukt ist das Produkt aus Plasmadichte, Temperatur und der Zeit, über die die Temperatur ohne Heizung aufrechterhalten bliebe. Je höher der Wert, desto höher die Energieausbeute der Fusionsreaktion. Der vertikale Balken markiert die Schwelle, ab der eine positive Energiebilanz erreicht wird. Die Schwellenwerte unterscheiden sich leicht je nach Plasmakontrolle.
Das Tripelprodukt ist das Produkt aus Plasmadichte, Temperatur und der Zeit, über die die Temperatur ohne Heizung aufrechterhalten bliebe. Je höher der Wert, desto höher die Energieausbeute der Fusionsreaktion. Der vertikale Balken markiert die Schwelle, ab der eine positive Energiebilanz erreicht wird. Die Schwellenwerte unterscheiden sich leicht je nach Plasmakontrolle.
Auch ein Fusionskonzept mit physikalisch positiver Energiebilanz steht noch vor technischen Hürden – etwa die Gesamtenergiebilanz des Kraftwerks (Energiebedarf der Magnete, Laser oder Plasmaheizungen) oder eine hohe Frequenz von Zündungen bei gepulsten Fusionen.
Auch ein Fusionskonzept mit physikalisch positiver Energiebilanz steht noch vor technischen Hürden – etwa die Gesamtenergiebilanz des Kraftwerks (Energiebedarf der Magnete, Laser oder Plasmaheizungen) oder eine hohe Frequenz von Zündungen bei gepulsten Fusionen.
Tokamak und Stellarator, aber auch die Laserfusion am NIF werden seit Jahrzehnten erforscht. Je stärker ein Konzept von diesen etablierten Verfahren abweicht, desto unklarer ist, wie lang der Weg zum Kraftwerk noch sein wird.
Tokamak und Stellarator, aber auch die Laserfusion am NIF werden seit Jahrzehnten erforscht. Je stärker ein Konzept von diesen etablierten Verfahren abweicht, desto unklarer ist, wie lang der Weg zum Kraftwerk noch sein wird.
Sowohl öffentliche Forschungseinrichtungen wie das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik als auch Unternehmen verfolgen verschiedene Konzepte der Kernfusion, um ein Fusionskraftwerk zu entwickeln
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