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Große Fortschritte bei leistungsstarken, hochintensiven Lasern machen es für Wissenschaftler möglich, das zu verfolgen, was früher als unmöglich galt: die Erzeugung von Fusionsenergie auf der Basis von Wasserstoff-Bor-Reaktionen. Ein Physiker der australischen University of New South Wales (UNSW) hat ein Design patentiert und arbeitet mit internationalen Wissenschaftlern an den verbleibenden Herausforderungen.
Fusionsenergie kann Realität werden
In einem Beitrag in der Fachzeitschrift Laser and Particle Beams argumentieren der Hauptautor Heinrich Hora von der UNSW Sydney und internationale Kollegen, dass der Weg zur Wasserstoff-Bor-Fusion jetzt nahe der Realisierbarkeit ist und zwar näher als es andere Ansätze seien, wie etwa der Deuterium-Tritium-Fusion-Ansatz, der von der US National Ignition Facility (NIF) und dem im Bau befindlichen International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) in Frankreich verfolgt wird.
„Ich denke, damit ist unser Ansatz allen anderen Fusionsenergie-Technologien überlegen", meint Hora, der in den 1970er Jahren voraussagte, dass die Fusion von Wasserstoff und Bor ohne thermisches Gleichgewicht möglich sein könnte.
Anstatt Treibstoff auf die Temperatur der Sonne zu erhitzen, indem man massive, hochfeste Magnete verwendet, um superheiße Plasmen in einer toroidalen Kammer in Form eines Donuts zu steuern (wie in NIF und ITER), erreicht die Wasserstoff-Bor-Fusion mit zwei leistungsstarken Lasern schnelle Impulse. Diese wenden präzise nichtlineare Kräfte an, um die Kerne fest zusammenzudrücken.
Stromerzeugung ohne Umwege
Die Wasserstoff-Bor-Fusion erzeugt in ihrer Primärreaktion keine Neutronen und damit keine Radioaktivität. Im Gegensatz zu den meisten anderen Quellen der Energieerzeugung - wie Kohle, Gas und Atomkraft, die auf die Erwärmung von Flüssigkeiten wie Wasser angewiesen sind, um Turbinen anzutreiben - wandelt sich die durch die Wasserstoff-Bor-Fusion erzeugte Energie direkt in Strom um.
Doch der Nachteil war schon immer, dass dafür wesentlich höhere Temperaturen und Dichten benötigt werden: fast 3 Milliarden Grad Celsius oder 200 Mal heißer als der Kern der Sonne.
Doch die Fortschritte in der Lasertechnologie stehen kurz davor, den Zwei-Laser-Ansatz realisierbar zu machen. Eine Flut jüngster Experimenten auf der ganzen Welt deutet darauf hin, dass eine Lawinenfusionsreaktion in der Millionen-Sekunden-Blase eines Laserpulses im Petawatt-Maßstab ausgelöst werden könnte, dessen flüchtige Ausbrüche eine Milliarde Watt Leistung versprechen. „Wenn Wissenschaftler diese Lawine ausnutzen könnten“, so Hora, dann stehe ein Durchbruch in der Forschung der Fusionsenergie unmittelbar bevor.
Riesige Energieausbeute
„Es ist sehr spannend, diese Reaktionen in jüngsten Experimenten und Simulationen bestätigt zu sehen", sagt Hora, emeritierter Professor für Theoretische Physik an der UNSW. „Nicht nur, weil es einige meiner früheren theoretischen Arbeiten belegt, sondern auch, weil sie die laser-initiierte Kettenreaktion gemessen haben, um eine milliardenfach höhere Energieausbeute zu erzeugen, als unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen vorhergesagt.“
Zusammen mit zehn Kollegen aus sechs Nationen - unter anderem aus dem israelischen Soreq Nuclear Research Centre und der University of California, Berkeley - beschreibt Hora einen Fahrplan für die Entwicklung der Wasserstoff-Bor-Fusion auf der Grundlage seines Designs, in dem er die jüngsten Durchbrüche zusammenfasst und detailliert darlegt, welche weiteren Forschungsarbeiten erforderlich sind, um den Reaktor Wirklichkeit werden zu lassen.
Laser werden von der Stange gekauft
Ein australisches Spin-off-Unternehmen, HB11 Energy, hält die Patente für das Hora-Verfahren. „Wenn die nächsten Jahre der Forschung keine größeren technischen Hürden aufdecken, könnten wir innerhalb eines Jahrzehnts einen Prototyp-Reaktor haben", sagte Warren McKenzie, Geschäftsführer von HB11. „Aus technischer Sicht wird unser Ansatz ein viel einfacheres Projekt sein, da die Brennstoffe und Abfälle sicher sind, der Reaktor keinen Wärmetauscher und Dampfturbinengenerator benötigt und die benötigten Laser von der Stange gekauft werden können", fügte er hinzu.
