Funktionsprinzip
CC-BY-NC 4.0/Joachim Herz Stiftung
Kern des Reaktors ist das Plasma, welches durch magnetischen Einschluss oder Trägheitseinschluss erzeugt wird. Dieses Plasma wird aus den Vorratsbehältern für Tritium und Deuterium gespeist:\[{}_1^2{\rm{D}} + {}_1^3{\rm{T}} \to {}_2^4{\rm{He}} + {}_0^1{\rm{n}}\]Das Abfallprodukt der Fusion 4He (auch nicht "verbranntes" D und T) wird von Zeit zu Zeit aus dem Reaktionsgefäß entsorgt. Die bei der Fusion entstandenen, energiereichen Neutronen entweichen aus dem Plasmagefäß und gelangen in dessen Umhüllung (Blanket), welches aus Lithium besteht. In diesem Blanket wird das in der Natur wenig häufige Tritium erbrütet:\[{}_0^1{\rm{n}} + {}_3^6{\rm{Li}} \to {}_2^4{\rm{He}} + {}_1^3{\rm{T}}\]Aus dem Blanket muss auch noch die bei den Fusionsprozessen entstandene Energie abgeführt werden. Dazu führt man in das Blanket einen Wärmetauscher, der als Kühlmittel evtl. Helium enthalten soll.
Vor- und Nachteile der Fusionsenergie
Als man in den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts intensiv mit der Fusionsforschung begann, war man sehr optimistisch bald einen wesentlichen Beitrag für den Energiebedarf der Menschheit leisten zu können. Im Gegensatz zur Energiegewinnung durch Kernspaltung gibt es aber bis heute noch keinen wirtschaftlich arbeitenden Fusionsreaktor. Dabei hätte die Energiegewinnung durch Fusion erhebliche Vorteile gegenüber der Kernspaltung:
- Die zur Fusion notwendigen Rohstoffe sind in fast unerschöpflichem Maße vorhanden.
- Bei der Fusion entstehen im Gegensatz zur Kernspaltung keine extrem langlebigen radioaktiven Folgeprodukte.
- Die Sicherheit eines Fusionsreaktors lässt sich leichter gewährleisten als die eines Spaltreaktors (z.B. bei Ausfall des gesamten Kühlsystems), da sich im Fusionsrektor immer nur sehr kleine Mengen fusionsfähigen Materials befinden und jede Unregelmäßigkeit sofort zum Stillstand der Fusion führen würde.
Neben der entscheidenden Tatsache, dass die Fusionsanlagen großtechnisch noch nicht laufen, gibt es aber auch bei Fusionsreaktoren nicht zu vernachlässigende Probleme:
- Das auftretende Tritium ist radioaktiv. Es hat zwar nur eine Halbwertszeit von 12,3 Jahren, ist aber - wie Wasserstoff - sehr leicht flüchtig.
- Durch die intensive Neutronenbestrahlung unterliegen die Reaktormaterialien einer extremen Belastung (Gefahr der Versprödung). Neben diesen Materialproblemen muss auch noch die Aktivierung des Reaktormaterials durch die Neutronen beachtet werden. Die Aktivierung führt zu radioaktiven Folgeprodukten, deren Halbwertszeit jedoch nicht so hoch ist wie die von den herkömmlichen Spaltreaktoren.
Forschungsreaktor ITER
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Seit 2007 wird im südfranzösischen Kernforschungszentrum Cadarche ein neuer, großer Kernfusionsforschungsreaktor mit dem Namen ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) gebaut. ITER ist ein internationales Gemeinschaftsprojekt und soll die Forschung einen Schritt näher an die gewinnbringende Nutzung der Kernfusion heranführen. Aktuell sind erste elektrische Entladungen etwa für das Jahr 2028 geplant, ein Betrieb mit der Fusion von Deuterium und Tritium wird nicht vor dem Jahr 2035 möglich sein. Bis die Menschheit also auf Fusionsenergie anstelle von erneuerbaren Energien bzw. fossilen Brennstoffen zurückgreifen kann, wird es noch viele Jahre dauern.
Auch die Deutsche Physikalische Gesellschaft bietet auf der Seite "Welt der Physik" einen sehr ausführlichen Überblick über den Stand der Fusionsforschung.