News: Vakuum in Forschung und Praxis 1/2023

Die Notwendigkeit, klimaneutrale energiequellen möglichst rasch zu erschließen, lassen die meisten auch jenseits eines Faibles für Forschung besonders aufmerksam auf eine vor drei Tagen in washington abgehaltene Pressekonferenz blicken. Dort gaben das Us-energieministerium (DOe) und die Nationale Behörde für nukleare sicherheit (NNsA) des DOe nämlich das erstmalige Zünden einer Fusionsreaktion mit Überschreitung des energetischen Break-even-Points am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) bekannt. Us-energieministerin Jennifer M. Granholm verkündetet diesen „Meilenstein für die Forscher und Mitarbeiter der National Ignition Facility, die ihre Laufbahn der Verwirklichung der Fusionszündung gewidmet haben“, und erwartet, dass der erfolg weitere entdeckungen nach sich ziehen wird. entsprechende Förderprogramme für die Inertial Confinement Fusion (ICF) im wert von 624 Millionen Dollar sind bereits bewilligt, und manch einer sieht sich durch diesen „erstaunlichen wissenschaftliche Fortschritt an den Rand einer Zukunft gebracht, die nicht mehr auf fossile Brennstoffe angewiesen ist, sondern durch neue, saubere Fusionsenergie angetrieben wird“, wie es der Mehrheitsführer im Us-senat, Charles schumer, ausdrückte. Am 5. Dezember führte ein Team an der National Ignition Facility (NIF) des LLNL ein experiment zur Trägheitsfusion durch, mit dem – laut eigenen Aussagen – erstmals mehr energie aus der Fusion gewonnen als Laserenergie hineingesteckt wurde: Mit der Abgabe von 2,05 Megajoule energie an das Target wurde die Fusionsschwelle überschritten und eine Fusionsenergie von 3,15 Megajoule freigesetzt. seit den 1960er Jahren setzt das LLNL auf Laser, um leichte Atomkerne unter energieabgabe zum Verschmelzen zu bringen und die aus der sonne bekannten Fusionsprozesse auch in einer Laborumgebung ablaufen zu lassen. Zur Verfolgung des als Trägheitsfusion bekannt gewordenen Konzepts baute das LLNL eine Reihe von immer leistungsfähigeren Lasersystemen, die schließlich zum NIF führten, dem größten und energiereichsten Lasersystem der welt. Die im LLNL in Livermore, Kalifornien, gelegene einrichtung hat die Größe eines sportstadions und nutzt leistungsstarke Laserstrahlen, um in einer evakuierten Targetkammer Temperaturen und Drücke zu erzeugen, wie sie im Innern von sternen herrschen. Dazu wird durch wechselwirkung von eingestrahltem ultraviolettem Laserlicht und den aus Gold bestehenden Innenwänden eines etwa einen Zentimeter großen Zylinders Röntgenstrahlung erzeugt. Diese breitet sich gleichförmig im Hohlraum aus und erhitzt die darin freischwebende kugelförmige Brennstoffkapsel (Pellet) bis sie implodiert und durch extreme Verdichtung und Temperaturerhöhung der Fusionsprozess der in ihr enthaltenen wasserstoffisotope Deuterium und Tritium in Gang gesetzt wird. Die dabei entstehenden Heliumkerne geben energie an das Plasma ab und erhalten so den Fusionsvorgang aufrecht, bis dieser nach wenigen Bruchteilen einer sekunde durch die temperaturbedingte Ausdehnung des Plasmas zum erlöschen kommt. Nachdem die prinzipielle Machbarkeit der Trägheitsfusion bereits früher In der Targetkammer der NIF übertrugen am 5. Dezember 2022 erstmals 192 Laserstrahlen mehr als 2 Megajoule „ultraviolette“ Energie auf ein winziges Brennstoffpellet und erzielten so eine Fusionszündung, die über 3 Megajoule freisetzte. (Bild: LLNL)