Trägheitsfusion

Die Trägheitsfusion ist ein Konzept zur technischen Energiegewinnung aus der Kernfusion.

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Prinzip

Anders als beim magnetischen Einschluss des Fusionsplasmas (siehe Kernfusionsreaktor und Fusion mittels magnetischen Einschlusses) wird bei der Trägheitsfusion das Lawson-Kriterium dadurch erfüllt, dass der Brennstoff durch sehr schnelle Energiezufuhr extrem verdichtet und aufgeheizt wird. Die nötige Einschlussdauer beträgt dann nur Nanosekunden. Während dieser kurzen Zeit genügt die Massenträgheit des Plasmas selbst, um es zusammen zu halten; daher kommt die Bezeichnung Trägheitsfusion. Die Trägheitsfusion kann für sich in Anspruch nehmen, dass ihr Funktionieren mit Energiegewinn bereits praktisch nachgewiesen ist, denn die Wasserstoffbombe arbeitet nach diesem Prinzip.

Verfahren

Durch hochenergetische, genügend fein fokussierbare Licht- oder Teilchenstrahlen (s. unten) kann eine kleine Menge Fusionsbrennstoff innerhalb eines Reaktorgefäßes sehr schnell aufgeheizt werden. Diese Strahlen (mindestens zwei Strahlen aus entgegengesetzten Richtungen, in den meisten Konzepten aber weit mehr) treffen das Target, einen Hohlkörper von einigen Millimeter Größe, in dessen Innerem sich eine kleine Kugel aus einigen Milligramm Fusionsbrennstoff in fester Form (gefrorenes Deuterium-Tritium-Gemisch) befindet. Durch die Erhitzung bildet sich im Hohlkörper ein Röntgenstrahlungsfeld (siehe Hohlraumstrahlung). Dieses bringt eine äußere Schicht des Brennstoffs zum Verdampfen, wodurch der restliche Brennstoff konzentrisch zusammengedrückt, in den Plasmazustand gebracht und die Fusions-Kettenreaktion "gezündet" wird. In einem Energie liefernden Reaktor müssten pro Sekunde mehrere solche Targets verbrannt werden. Ursprüngliche Hoffnungen, man könne die mit dünnem Glas oder Metall umhüllte Brennstoffkugel ohne Zwischenschaltung des Strahlungs-Hohlkörpers direkt mittels der "Treiber"strahlen genügend gleichmäßig komprimieren, haben sich als unrealistisch erwiesen.

Laser- und Ionenstrahl-Treiber

Theoretisch untersucht werden Konzepte mit Laser-, Leichtionen- und Schwerionenstrahlen. Experimentell ist bisher nur die Lasertechnik bis zum Beschuss von Brennstoff-Targets gelangt. Dies hat Gründe in dem auch militärischen Interesse der Entwicklung; Fusionsexplosionen können mit dieser Technik "im Labor" untersucht werden, so dass die Methode ein Ersatz für die früher von den Nuklearmächten durchgeführten Kernwaffen-Testexplosionen ist. Die Versuchsanlagen National Ignition Facility (NIF) in den USA und Laser Mégajoule (LMJ) in Frankreich werden zu diesem Zweck gebaut. NIF soll 2009 den vollen Betrieb aufnehmen und 2010 erstmals die Zündung einer Fusions-Kettenreaktion erreichen.

Für Kraftwerkszwecke, also eine Netto-Energiegewinnung, sind Laser"treiber" aber nicht geeignet, weil der Wirkungsgrad und auch die mögliche Blitz-Folgefrequenz von Hochleistungslasern viel zu gering sind.

Schwerionenstrahlen haben eine sehr viel höhere Energiedichte als Laserstrahlen und können – mit im Wesentlichen bekannter Technologie – mit viel besserem Wirkungsgrad erzeugt werden. Auch Leichtionenstrahlen (beispielsweise Lithiumionen; siehe Weblink 2 unten) haben physikalisch und beschleunigertechnisch verschiedene Argumente für sich. Jedoch wird die ionengetriebene Fusion derzeit (2007) nirgends mit ernsthaftem Aufwand (im Vergleich zur lasergetriebenen Fusion oder gar zur Fusion mit magnetischem Einschluss) weiter erforscht.