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Durchbruch in der Kernfusion? Experiment liefert überraschendes Ergebnis

In den USA versucht man sich auch an erfolgreicher Kernfusion. Bei einem Experiment konnte zum einen ein Meilenstein erreicht werden. Zum anderen scheint man die Regeln der Physik versehentlich übergangen zu haben.

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Forschende auf der ganzen Welt versuchen sich an der Kernfusion, denn sie gilt als sichere und langfristige Methode Unmengen an Energie zu produzieren. Doch dafür musst erstmal ein stabiler Versuchsaufbau gelingen. Ein Ansatz ist die laserinduzierte Fusion, etwa mit den Stoffen Deuterium und Tritium. Doch ein aktuelles Experiment wirft Fragen auf. Den Forschenden ist es gelungen, mehr Energie zu produzieren als unter diesen Umständen möglich sein sollte. Nun versuchen sie den Effekt zu verstehen.

Kernfusion mit Laser: So läuft sie ab

Bei der Kernfusion mit Deuterium und Tritium wird versucht die beiden getrennten Atomkerne zu einem zu verschmelzen. Da beide jedoch positiv geladen sind, stoßen diese sich naturgemäß ab. Daher braucht es nicht nur einen Laser, der das eine Atom unfassbar schnell auf das andere schießt, sondern auch eine enorme Temperatur. Ist beides gegeben, sind die (künstlich herbeigeführten) anziehenden Kräfte größer als die (natürlichen) abstoßenden Kräfte und es kommt zur Fusion.

Daraufhin entsteht ein sogenannter Massendefekt. Damit ist gemeint, dass der neu entstandene, fusionierte Atomkern leichter ist als die beiden separaten Atomkerne. In der Folge wird Energie freigesetzt – und das nahezu unendlich lang, sauber und stabil. In der National Ignition Facility (NIF) in den USA wird genau an diesem Vorgang geforscht. Dort gelang es etwa binnen Sekundenbruchteilen eine Energie von zehn Billiarden Watt zu erzeugen.

Kernfusion entgegen der Maxwell-Boltzmann-Verteilung 

Nun betrachtete man in einer separaten Studie das Fusionsplasma ein wenig genauer. Zur Messung nutzten die Wissenschaftler*innen fünf spezielle Spektrometer, die die Neutronen auf 5 Kilometer pro Sekunde genau verfolgen. Dabei machten die Forschenden einen überraschenden Fund: Die Neutronen bewegten sich wesentlich schneller, als es bei diesen Temperaturen mathematisch möglich ist.

Eigentlich ist die Geschwindigkeit der Teilchen direkt an die Temperatur des Plasmas gekoppelt. Beschrieben wird das Ganze durch die sogenannte Maxwell-Boltzmann-Verteilung , die in diesem Fall jedoch nicht zu gelten scheint.

„Sobald die Implosion das Deuterium-Tritium-Plasma zum Brennen und Zünden brachte, übertrafen die Energien das für diese Reaktionen Erwartete“, erklärt der Computerwissenschaftler Alastair Moore, der unter anderem die Studie zum Fusionsplasma betreute. Eigentlich hätte die Temperatur im Fusionsreaktor 2,5 Mal heißer sein müssen, um dieses Ergebnis zu erzielen, fügt scinexx hinzu.

Völlig neue Erklärungen vonnöten

Warum bei dieser Kernfusion mit Laser plötzlich mehr Energie freigesetzt wurde, bleibt vorerst ein Rätsel. Einziger Hinweis, womit dieser Energieüberschuss etwas zu tun haben könnte, ist dass bei dieser Kernfusion der Schwellenwert von 1,3 Megajoule erreicht wurde.

Ab da kann sich die Kernfusion von selbst antreiben, ohne dass weitere Energie von außen hinzugeführt werden muss. Allerdings wusste man nicht, dass sich mit Erreichen des Schwellenwertes das gesamte Energieverhältnis in der Kernfusion zu wandeln scheint. „Hier sind fortgeschrittenere Simulationen nötig, um die Effekte zu verstehen“, erklärt Moor daher zur Mission.

Vorteile erfolgreicher Kernfusion im Überblick

Gelingt es den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen den Effekt langfristig nutzbar zu machen, gewährt man der Menschheit einen Zugang zu sauberer und nahezu unerschöpflicher Energie. Im Gegensatz zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion obendrein weniger und vor allem weniger gefährlicher radioaktiver Abfall.

Quellen: scinexx, eigene Recherche

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