Diese Woche haben Regierungswissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory einen lang ersehnten Meilenstein bei der Entwicklung sauberer Fusionsenergie erreicht. Zum ersten Mal überstieg die durch eine Fusionsreaktion erzeugte Energiemenge die Energie, die zu ihrer Erzeugung benötigt wurde.
Die Presse berichtete pflichtbewusst über die Neuigkeiten, aber außerhalb der wissenschaftlichen Kreise wurde wenig gefeiert. Fusion bleibt für die meisten Menschen ein futuristischer Wunschtraum, der ständig um die Ecke lauert und nie zustande kommt.
Es gibt Gründe für Skepsis: Nur wenige wissenschaftliche Bemühungen wurden von so vielen Sackgassen und falschen Behauptungen verfolgt. Aber das hat uns blind gemacht für die Tatsache, dass Wissenschaftler, abgesehen von Enttäuschungen, viel länger langsame, aber stetige Fortschritte bei der Kernfusion machen, als viele Menschen glauben.
Die Ideen hinter der Fusion stammen aus einem Vortrag des britischen Astrophysikers Arthur Eddington auf einer Konferenz im Jahr 1920. Als frommer Quäker und brillanter Wissenschaftler wagte Eddington eine Antwort auf eine uralte Frage: Wie erzeugen Sterne wie die Sonne Energie?
Er spekulierte, dass der immense Druck im Inneren von Sternen Wasserstoffatome miteinander verschmolz und Helium erzeugte. Diese „Fusion“ wandelte einen Teil der ursprünglichen Materie in rohe Energie um. Wie Eddington es ausdrückte: Die „subatomare Energie der Sterne wird … frei verwendet, um ihre großen Hochöfen instand zu halten …“
Eddington gab gegenüber seinen Zuhörern zu, dass er mehr oder weniger spuckte. Aber alles, was er an diesem Tag sagte, erwies sich als unheimlich zutreffend, einschließlich seiner Warnung, dass die Kontrolle über diese latente Macht zum Wohle der Menschheit genutzt werden könnte – „oder ihres Selbstmords“.
In den 1930er Jahren begannen der Chemiker Ernest Rutherford und zwei Mitarbeiter mit der Durchführung von Experimenten mit einem schweren Wasserstoffisotop, das als Deuterium bekannt ist. 1934 schleuderte das Team Deuteriumatome zusammen, wandelte das Isotop in Helium um und erzeugte gleichzeitig das, was sie als „enorme Wirkung“ bezeichneten – eine Explosion von Energie.
Das war Fusion im Kleinen. Vier Jahre später fand der deutsche Physiker Hans Bethe die genaue subatomare Abfolge von Ereignissen heraus, die diesem Prozess zugrunde liegen. Im selben Jahr lasen zwei junge Wissenschaftler Bethes Artikel zu diesem Thema und beschlossen, seine Ideen in die Praxis umzusetzen.
Das exzentrische Duo Arthur Kantrowitz und Eastman Jacobs arbeitete in einer staatlichen Forschungseinrichtung, die sich auf Flugzeugleistung konzentrierte. Der Bau eines Fusionsreaktors hatte nichts mit ihrer Arbeit zu tun, also nannten sie ihre Kreation „Diffusionshemmer“, ein vager, aber prätentiöser Ausdruck, der Vorgesetzte davon abhielt, zu viele Fragen zu stellen.
Ihr Design, das auf spätere Entwicklungen hinwies, bestand aus einem metallischen Donut oder „Torus“, der mit Magneten ausgekleidet war, um die Reaktion einzudämmen und zu kontrollieren. Laser waren noch nicht erfunden, also entschied man sich für Radiowellen, um den Wasserstoff zu überhitzen. Dies verbrauchte so viel Strom, dass sie nachts Experimente durchführen mussten, um einen Zusammenbruch des Stromnetzes zu vermeiden.
Letztendlich haben sie den Schalter umgelegt und nichts ist passiert. Nicht lange danach begriffen ihre Vorgesetzten und beendeten das Projekt. Damals war es niemandem klar, aber das Paar war dem Bau des ersten Fusionsreaktors bemerkenswert nahe gekommen, abgesehen von einigen Mängeln in der Containment-Struktur.
Erst nach dem Zweiten Weltkrieg nahmen die Wissenschaftler die Arbeit an der Kernfusion wieder auf, sich ihrer spekulativen Natur nur allzu bewusst. James Tuck, ein britischer Physiker, der sich bei der Arbeit am Manhattan-Projekt einen Namen gemacht hatte, entwarf einen frühen Fusionsreaktor, den er „Perhapsatron“ nannte, weil „es vielleicht funktioniert und vielleicht auch nicht“.
Weit weniger amüsant war eine Episode, die die langjährige Skepsis gegenüber der neuen Technologie erklärt. In den späten 1940er Jahren finanzierte Argentiniens populistischer Diktator Juan Domingo Perón die Fusionsforschung eines obskuren österreichischen Wissenschaftlers namens Ronald Richter. 1951 verkündete Peron stolz, dass Richter – der enge Verbindungen zu ehemaligen Nazis hatte – den ersten Fusionsreaktor der Welt gebaut hatte. Die anschließende Überprüfung entlarvte Richters Recherchen als grundlegend fehlerhaft, wenn nicht gar als betrügerisch.
Im folgenden Jahr unterstrichen jedoch zwei Entwicklungen, warum die Fusion nicht ignoriert werden konnte. Zuerst kam die Nachricht, dass die Vereinigten Staaten die erste Wasserstoffbombe der Welt gezündet hatten – praktisch eine unkontrollierte Fusionsreaktion – und damit das Problem des Selbstmords der Menschheit wiederbelebten, das Eddington ursprünglich identifiziert hatte.
Nicht weniger folgenreich war die Arbeit des theoretischen Physikers Lyman Spitzer von der Princeton University zur Kontrolle des überhitzten Gases oder Plasmas im Herzen des Fusionsreaktors. Dieser Aggregatzustand gleicht einer subatomaren Orgie, in der sich Atomkerne und Elektronen, ehemals monogam, promiskuitiv vermischen. Um das Chaos einzudämmen, entwarf Spitzer einen Achterapparat, den er Stellarator nannte.
Als begeisterter Bergsteiger taufte der Physiker sein Forschungsprojekt Matterhorn wegen des langen und beschwerlichen Aufstiegs, den er in der Fusionsforschung voraussah. In den 1950er Jahren bauten Spitzer und seine Mitarbeiter eine Reihe von Prototypen, die einen großen Sprung nach vorne bedeuteten. Zur gleichen Zeit entwickelte eine Gruppe von Physikern in der Sowjetunion unter der Leitung von Andrei Sacharow und Igor Tamm ihr eigenes Modell, das als Tokamak bekannt ist, ein russisches Akronym, das sich auf einen gigantischen magnetischen Donut oder Torus bezieht.
So begann eine neue Phase in der Fusionsforschung, als Wissenschaftler immer größere Stellaratoren und Tokamaks bauten. Ab den späten 1950er Jahren entwickelte sich die Fusion von einem theoretischen, phantasievollen Konzept zu etwas Konkretem. Leider führten diese Fortschritte auch dazu, dass extravagante Promoter sich selbst übergriffen und sich eine Zukunft vorstellten, die durch billige, grenzenlose Macht definiert ist.
Typisch für das Genre war ein atemloser Artikel in Popular Mechanics aus dem Jahr 1959, „Fusion Power for the World of Tomorrow“, der voraussagte: „Es könnte früher kommen, als Sie denken!“
Dieser Hype erwies sich als schädlich und unrealistisch. Viele Kommentatoren ab den 1960er Jahren wurden zunehmend desillusioniert von der Fusion. Obwohl die Energieknappheit der 1970er Jahre zu mehr Finanzierung und neuen Hoffnungen führte, blieben diese unweigerlich zurück und stützten die zynische Sichtweise.
In all dem Trubel ging die Tatsache verloren, dass wissenschaftliche Teams auf der ganzen Welt weiterhin langsame, aber stetige Fortschritte dabei machten, die Fusion in die Realität umzusetzen, indem sie die technischen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Eindämmung schrittweise lösten und dabei immer größere Energiestöße erzeugten.
Diese bruchstückhaften Fortschritte, die isoliert betrachtet nicht besonders auffällig sind, wurden überschattet von Fehlschlägen und Betrügereien wie der berüchtigten Kontroverse um die „kalte Fusion“ von 1989, als zwei Forscher fälschlicherweise behaupteten, sie hätten eine stabile Fusionsreaktion bei Raumtemperatur erzeugt.
Fusionsskeptiker wiesen zudem erfreut darauf hin, dass es in jahrzehntelanger Forschung nie gelungen sei, einen sogenannten „Netto-Energiegewinn“ zu erzielen. Jedes Mal, wenn Forscher Wasserstoffisotope in Raserei versetzten, hatten sie am Ende immer weniger Energie als zu Beginn.
Deshalb ist die Ankündigung dieser Woche so kritisch. Nein, das bedeutet nicht, dass die Kommerzialisierung unmittelbar bevorsteht. Aber nach vielen Jahrzehnten des Versuchs haben die Forscher endlich einen entscheidenden Meilenstein in ihrem Streben nach der Entwicklung der Fusionskraft erreicht und die Welt der Vision, die Arthur Eddington vor mehr als einem Jahrhundert zum ersten Mal artikulierte, erheblich näher gebracht.
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