Wie andere hofft auch China auf eine kontrollierte Fusionsreaktion. Der Brennstoff für solche Reaktionen sind Wasserstoffisotope, die im Universum reichlich vorhanden sind. Die Schwierigkeit liegt darin, Bedingungen für die Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu schaffen, denn dafür werden kolossale Energien auf engstem Raum benötigt. Eine der Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, ist der Einsatz von Lasern. Damit sind auch alle beschäftigt, aber China konnte überraschen.
Im August dieses Jahres berichteten wir, dass amerikanische Wissenschaftler des NIF die Schwelle erreichen konnten, jenseits derer es selbsttragende thermonukleare Fusionsreaktionen gibt. Das NIF, so groß wie drei Fußballfelder, verwendet etwa 200 Hochleistungslaser, die auf ein Pellet aus Deuterium- und Tritiumbrennstoff fokussieren. Die Energieausbeute betrug 70 % der den Lasern zugeführten Energie. Dies wird als Erfolg gewertet. Einen ähnlichen Weg geht auch eine der chinesischen Forschungsgruppen, allerdings mit einem einfacheren und kostengünstigeren Ansatz.
Dieser Weg wurde bereits 1997 vom führenden chinesischen Physiker Zhang Zhe vorgeschlagen. Das von ihm entwickelte Schema heißt Doppelkegelzündungsschema und erfordert einen viel weniger leistungsstarken Laser als bei der herkömmlichen Verdampfung von Kraftstoff und deren Umwandlung in eine Plasmawolke. Grob gesagt funktioniert die Schaltung ähnlich wie die Arbeit von Beschleunigern. Der Laser erhitzt Brennelemente in Form von Miniaturkegeln, die jeweils etwa die Größe einer Bleistiftspitze haben. Da die scharfen Enden der Kegel aufeinander zu gerichtet sind, stürzen Wolken von Wasserstoffplasma aufeinander zu, und es kommt zu einer thermonuklearen Fusionsreaktion.
Dieses Projekt wurde erst vor kurzem gefördert. Sechs Jahre lang erhielten die Forscher einen Zuschuss von 1 Milliarde Yuan (156 Millionen US-Dollar), was für diesen Forschungsbereich keineswegs exorbitant ist. Die Anlage Shenguang II in Shanghai nahm im vergangenen Sommer den Betrieb auf und hat im Laufe des Jahres drei ermutigende Experimente durchgeführt. Die Kosten für Brennelemente sind im Vergleich zu denen, die in Experimenten in den Vereinigten Staaten verwendet werden, ebenfalls vernachlässigbar. So kostet jeder Kegel eines Brennelementes mehrere hundert US-Dollar, während NIF-Brennstoffpellets jeweils mehrere tausend US-Dollar kosten.
Der in China hergestellte Kraftstoffkegel ist fast ein Kunstwerk. Es ist buchstäblich golden - Deuterium und Tritium befinden sich in einer goldenen Schale. Gold ist ein weiches Metall, das Strom und Wärme gut leitet. Die Leitfähigkeit bietet die beste Abgabe der Laserpulsenergie an den Brennstoff, und die Weichheit ermöglicht eine einfachere Montage. Die Konen werden wie Patronen in einem Gatling-Maschinengewehr in das Reaktorsystem eingespeist, erklären die Entwickler, was die Beladung und Wartung der Reaktoren erleichtert.
Das Design der Brennelemente ist jedoch komplizierter als nur Gold, das mit Deuterium und Tritium durchsetzt ist. Die Wasserstoffisotope mussten mit einer Polymerhülle isoliert werden, was sich auch als schwierig herausstellte - ihre Verdampfung schadete thermonuklearen Reaktionen. Aber die Schwierigkeiten werden nach und nach gelöst. Bis 2026 versprechen die Wissenschaftler, eine neue Lasergeneration zu bauen oder kurz vor der Fertigstellung zu stehen. Die neuen Installationen versprechen, sie ihrem hochgesteckten Ziel näher zu bringen – eine stabile und effiziente thermonukleare Fusionsreaktion zu erreichen.
2021-11-11 15:23:27
Autor: Vitalii Babkin