ITER - Fusion in Frankreich

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ITER - Fusion in Frankreich

Seit Jahrzehnten forschen Wissenschaftler an der Kernfusion um Energie zu erzeugen. Auch Sterne wie die Sonne produzieren ihre Energie durch Kernfusion. Schon in den 50er Jahren erfand der russische Physiker Andrej Sacharow das Konstruktionsprinzip, nach dem ITER gebaut wird. 1985 beschlossen Michail Gorbatschow, Francois Mitterrand und Ronald Reagan ein gemeinsames Forschungsprojekt, weitere Partner schlossen sich später an.

1990 gab es den ersten Entwurf des Reaktors und vor wenigen Wochen fiel die Entscheidung, im französischen Cadarache ein erstes Fusionskraftwerk zu bauen. Voraussichtlich 2015 kann es in Betrieb genommen werden.

Vor dem Bau ITERs werden Modelle der wichtigsten Komponenten gebaut. Hier wird ein verkleinerter Supraleiter gebaut, der das starke Magnetfeld erzeugen soll, um das Plasma in Schach zu halten.

Was bedeutet "ITER"?

Die Abkürzung stand zunächst für "Internationaler Thermonuklearer Experimenteller Reaktor". Nachdem man sich auf einen Standort geeinigt hat, soll "Iter" nun die Bedeutung "der Weg" (lat. "iter" = "Weg") haben. Mit dem Reaktor will man herausfinden, ob und wie Kernfusion zu wirtschaftlich sinnvoller Energiegewinnung genutzt werden kann.

Ein weiterer Teil einer Testanlage. Hier wird automatisch mit Hilfe von Robotern der Zusammenbau von Teilen der Brennkammer geübt. Menschen können diesen Teil der Anlage später nicht betreten, weil er radioaktiv verstrahlt sein wird.

Wer ist am Bau beteiligt?

Die Kosten sind wegen der komplizierten Technik enorm hoch, etwa 10 Milliarden Euro. Darum haben sich die Europäische Union, Japan, Schweiz, Russland, China, Südkorea und die USA zusammengetan, um das Projekt gemeinsam zu finanzieren. Kanada hat 2004 das Projekt verlassen.

Was ist das Prinzip der Kernfusion?

Leichte Atomkerne (Wasserstoff) werden zu schwereren Kernen (Helium) verschmolzen. Normalerweise stoßen sich Atomkerne wegen ihrer gleichen Ladung voneinander ab. Das ist ähnlich wie bei Magneten. Man kann zwei gleiche Pole nur mit Kraft aufeinander drücken.

Das ist ein Teil des Modell-Transformators. Damit wird die Zündenergie für den Reaktor hergestellt. unten rechts erkennt man, wie groß Menschen im Vergleich dazu sind.

Schafft man es aber, die Atomkerne ganz eng zusammenzubringen, dann verschmelzen sie zu einem größeren Atomkern und ein kleiner Energiebetrag wird frei. Der ist größer als die Kraft, die man braucht, um sie aneinander zu pressen. Darum kann man mit einem Fusionsreaktor (lat Fusion=Verschmelzen) Energie erzeugen. Aus einem Gramm Wasserstoff kann man dieselbe Energie gewinnen, wie aus acht Tonnen Erdöl oder elf Tonnen Kohle - ohne giftige Abgase. Das ist genug Energie, um mehr als 30 Einfamilienhäuser ein Jahr mit Heizung und Warmwasser zu versorgen.

Was ist der Unterschied zu einem Atomkraftwerk?

Ein Atomkraftwerk (AKW) arbeitet mit Kernspaltung, nicht Kernfusion. Kernfusion und Kernspaltung sind zwei entgegengesetzte Prozesse. Die Kernfusion arbeitet mit leichten Atomkernen wie Wasserstoff und verschmilzt sie schrittweise zu schwereren Elementen, etwa Helium.

Bei der Kernspaltung werden große, schwere Atomkerne wie Uran oder Plutonium in kleinere Kerne aufgebrochen. Läuft eine Kernspaltung unkontrolliert ab, kommt zu einer nuklearen Explosion. In einem AKW reguliert man diesen Prozess, und die freiwerdende Energie wird zur Stromerzeugung verwendet.

Ein Teil der Brennkammer in Originalgröße. Unten rechts steht wieder ein Mensch zum Größenvergleich.

Wie ist ein Fusionsreaktor gebaut und was sind die Schwierigkeiten?

Das Herzstück eines Fusionsreaktors ist die runde Brennkammer, aus der die ganze Luft abgepumpt wird. Sie sieht aus wie ein Donut und hat bei ITER einen Durchmesser von 10,7 Metern. Rund um die Brennkammer sind starke, spezielle Magnete angebracht.

Das erzeugte Magnetfeld ist das Gefäß, in dem die eigentliche Fusionsreaktion abläuft. Es gibt kein Material, aus dem man Wände bauen könnte, die die benötigten, extrem hohen Temperaturen von über hundert Millionen Grad aushalten könnten.

Um die Fusionsreaktion auszulösen braucht man entweder sehr hohen Druck, dann muss die Temperatur nur einige Millionen Grad betragen. Oder man arbeitet bei Temperaturen von mindestens hundert Millionen Grad, dann muss der Druck nicht sehr hoch sein.

Eine schematische Darstellung des Fusionsreaktors mit allem Drum und Dran. Alles in allem wird der Reaktor allein über 30 Meter hoch sein.

Auf der Erde kann man leichter extreme Temperaturen als extremen Druck erzeugen. Bei ITER geht man also den heißen Weg. Als Brennstoff verwendet man spezielles Wasserstoffgas. Es wird ähnlich wie in der Mikrowelle durch elektromagnetische Strahlen aufgeheizt.

Bei über 100 Millionen Grad ist das Gas elektrisch geladen, man bezeichnet es als Plasma. Weil es elektrisch geladen ist, wird es durch die starken Magnetfelder festgehalten. Das heiße Plasma kommt also gar nicht mit den Wänden des Reaktors in Berührung.

Die kreisförmige Brennkammer fasst 837000 Liter, und man schüttet nur ein halbes Gramm Wasserstoff hinein, grob geschätzt knapp 5 Liter. Daraus lassen sich 500 Megawatt Energie gewinnen, weil nach Einsteins berühmter Formel E=mc aus sehr wenig Materie sehr viel Energie freiwerden kann.

Was sind die Vorteile dieser Technologie?

Ein Fusionsreaktor hat mehrere Vorteile gegenüber einem AKW: Der Brennstoff ist fast unbegrenzt überall auf der Erde vorhanden. Er muss nicht unter gefährlichen Bedingungen abgebaut werden. Beim Betrieb werden keine Abgase frei. Es entsteht nur wenig schwach radioaktiver Abfall, der, anders als bei einem AKW, nicht zur Herstellung von Atombomben genutzt werden kann.

Und es ist kein GAU, wie die Explosion des Kernkraftwerks Tschernobyl, möglich. Eine Kernfusion läuft nicht selbsttätig ab. Sobald der hohe Druck oder die hohe Temperatur nicht mehr aufrechterhalten wird, endet die Reaktion. Fallen die Magneten aus, dann explodiert nicht der Reaktor, sondern das Plasma kühlt extrem schnell ab und die Energieerzeugung kommt zum Stillstand.

Was sind die Nachteile dieser Technologie?

Wirkliche Gefahren im Sinne einer Atomkatastrophe mit großflächiger Vergiftung und Verstrahlung gibt es nicht. Aber: Ist der Reaktor in Betrieb, kann man ihn nur noch im Schutzanzug betreten. Die entstehende Radioaktivität ist zwar viel schwächer als in einem AKW, aber am besten wäre es, wenn niemand mehr einen solchen Reaktor betreten müsste. Sämtliche Wartungsarbeiten sollten am besten durch Roboter ausgeführt werden, was ein solches Kraftwerk noch viel teurer und komplizierter macht.

Und es fällt radioaktiver Abfall an, der allerdings nicht wie bei Atomkraftwerken mehrere tausend, sondern nur einige hundert Jahre lang strahlt. Für Kritiker ist noch lange nicht sicher, dass man mit der Fusion auf der Erde Energie erzeugen kann. ITER ist schließlich nur ein Experimentalreaktor. Man sollte die zehn Milliarden Euro lieber in erfolgversprechendere Forschungen investieren, die früher Ergebnisse liefern könnten. Denn ITER und die Fusionstechnologie soll erst im Jahr 2030 abschließend beurteilt werden.

Hier erfährst du mehr:

Die Katastrophe von Tschernobyl

Die Geschichte der Atombombe bei WAS IST WAS

Alle Artikel über Einstein bei WAS IST WAS

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Text: -jj- 15.7.2005/Bilder: © ITER/Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

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