Brennstoffkapsel der NIF

Kernfusion an der National Ignition Facility gelungen

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Es hat mich doch gewundert, dass die aktuellen Fortschritte in der laserbasierten Fusionsenergie an der National Ignition Facility (NIF) in Livermore wenig Beachtung bekamen. Nach ein wenig eingehenderer Beschaeftigung habe ich gemerkt, dass einige der Anfangsaussagen wesentlich dramatischer klangen, als die Fortschritte wirklich sind. Aber immerhin gibt es jetzt auch dazu mehr Berichte, wie hier bei NPR. Denn es ist ein wichtiger Durchbruch gelungen ist, auch wenn Fusion als echte Energiequelle weiterhin viele Schritte entfernt ist.

Sternenfeuer mit Lasern

Die NIF hatte ich zum Start 2009 etwas eingehender vorgestellt. Kurz zusammengefasst erforscht die Anlage eine alternative Methode, Energie aus Kernfusion zu gewinnen. Gegenueber der bekannteren Methode die ITER mit einem grossen aufwaendigen Reaktor erforschen will, setzt man hier auf einen gewaltigen Laser. Dieser komprimiert eine kleine Brennstoffkapsel so stark, dass sich der Wasserstoff darin entzuendet, und zu Helium fusioniert. Und dabei gewaltige Energiemengen freisetzt – eine Methode die vom Universum als “Sterne” etabliert wurde…

Auf hohem Fusse

Nach dem Start hatte NIF allerdings wenig Erfolge. So wenig, dass die Regierung 1 den Fokus der Anlage mehr auf Kernwaffenforschung verschob. Ein neuer, frei verfuegbarer Artikel in den Physical Review Letters aber berichtet von der erfolgreichen Suche nach dem Fehler. Es ist jetzt tatsaechlich gelungen, die Brennstoffkapsel so zu komprimieren, dass es zur Kernfusion kam. Der Energiegewinn war erstmals hoeher als die Energie, die man hineingesteckt hatte um die Wasserstoffkapsel zu erzeugen.

nif1

Der Schluessel lag in der Form des Laserpulses. In der kleinen Grafik sieht man die Energie des Lasers ueber die Zeit. In schwarz dargestellt ist der alte Verlauf des Pulses (“low foot”), und in farbig die neue Form (“high foot”). In der neuen Pulsform bringt man am Anfang wesentlich mehr Energie ein, hat aber insgesamt einen kuerzeren Puls. Das Problem war naemlich, dass Verunreinigungen in der Huelle der Kapsel die Fusion stoerten. Durch Simulationen konnte der neue Verlauf bestimmt werden, und im Experiment zeigte sich dass die Zuendung nun wesentlich mehr wie erwartet verlaeuft und Fusion erreicht wird.

Jetzt geben manche Artikel die Aussage wieder, dass erstmals mehr Energie gewonnen wurde als hineingesteckt wurde. Das stimmt aber nur begrenzt. Es wird mehr Energie gewonnen, als aufgewaendet wurde, um die Wasserstoffkapsel zu erzeugen. Aber der Laser, der auf sie geschossen wird, verbraucht noch 200mal mehr Energie als gewonnen wird…

Und ein weiterer Meilenstein ist noch nicht erreicht (aber wesentlich naeher), eine Fusion die sich selbst erhaelt. Dennoch – die Tatsache dass eine echte Kernfusion gelungen ist, ist ein grosser und bemerkenswerter Schritt!

PS: Lars ist gemein und macht mir meine schoene naive Freude mit der Prognose kaputt, dass das Ende der NIF kurz bevorsteht.

Bild: Die 2mm grosse Brennstoffkapsel. Quelle: Lawrence Livermore

Show 1 footnote

  1. Wir hatten ja gerade am SSC gesehen, wie die Regierung mit dem Geldbeutel hier die Richtung der Forschung bestimmt
  • TakeFive

    Hi,

    ich bin leider erst jetzt auf deinem interessanten Blog gelandet, und möchte als Einstand meinen Senf zu diesem Post geben:

    Mich persönlich hat im Februar geärgert dass diese kolportierten Fortschritte bei NIF so viel Beachtung bekamen. Die Anlage ist beeindruckend und interessant, aber mit Fusion als Energiequelle hat sie so viel zu tun wie ein Leopard-Panzer mit der Verbesserung des öffentlichen Nahverkehrs. Auf wissenschaftlichen Konferenzen (oder auch indirekt in https://lasers.llnl.gov/for-users/nif-target-shot-metrics) wird ohne Umschweife kommuniziert, dass mehr als 95% der jährlich erfolgten Pulse der Anlage der durchaus der Fusionsforschung dienen, allerdings derjenigen für Fusionswaffen (Nuclear Stockpile Stewardship).
    Versteh mich nicht falsch, ich halte das nicht für verwerflich – das ist zehnmal besser als Wasserstoffbomben auf Südseeinseln, unter der Erde oder sonstwo einfach auszuprobieren. Es wird nur niemals außerhalb von Pressemitteilungen etwas mit ziviler Energiegewinnung zu tun haben, alleine schon weil das Grundkonzept einen Dauerbetrieb faktisch verbietet.

    Da bisher dein einziger Tag zum Thema “Kernfusion” auf dieses Thema verweist, möchte ich dich der Vollständigkeit auf genauso interessante Projekte im zivilen Bereich verweisen, nämlich ITER (www.iter.org) und das etwas kleinere deutsche Projekt Wendelstein 7-X (http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/forschung/w7x/index.html).
    Da wird zwar von verschiedener Seite auch über die Kosten und die Machbarkeit gestritten, mit etwas Glück (politisch und physikalisch) wird das aber vielleicht die Zukunft sein.