80 Terawatt: Ein britisches Start-up hat die stärkste Kanone der Welt abgefeuert, um uns der Kernfusion einen Schritt näherzubringen

Kernfusion gilt als heiliger Gral der modernen Physik. Ein gewaltiger Schuss soll uns ihm näherbringen.

Es braucht 80 Billionen Watt, um das Projektil auf wahnwitzige 23.400 km/h zu beschleunigen. Der Abstand zum Ziel ist winzig: nur ein Zentimeter. Sekundenbruchteile später passiert das Unglaubliche: Atomkerne verschmelzen, Energie wird frei.

Der Schuss aus der stärksten Kanone aller Zeiten entzündet ein Inferno wie im Inneren unserer Sonne und bringt die Menschheit nachhaltiger und schier unendlicher Energie einen Schritt näher. Zu verdanken haben wir den Fortschritt derweil auch einem Tier: dem Pistolenkrebs.

Hightech-Hammerschlag statt Wasserstoff-Streicheln

Hinter dem Rekordschuss steht das britische Start-up First Light. Dafür entwickelten sie eine riesige Gaskanone, ein spezielles Projektil und eine einzigartige Brennstoffkapsel. Alles zusammen testeten sie bei den Sandia National Laboratories in Albuquerque, USA.

Während des Experiments wurden in der Brennkammer alle vorherigen Höchstwerte für Druck übertroffen. Sie war das optimale Umfeld, um die eigens entwickelte Technologie zur Fusion von Wasserstoff zu Helium zu erproben.

Dabei gibt es neben First Light noch andere Projekte. In Frankreich etwa wird derzeit am ITER-Tokamak-Reaktor und in Greifswald, Deutschland, am Stellarator Wendelstein 7-X gebaut. Hier kommen Magnetfelder zum Einsatz, um den Brennstoff zur Fusion zu bringen und als Plasma in der Schwebe zu halten.

First Light setzt hingegen auf Trägheitsfusion. Trägheit kennt ihr etwa von bremsenden Zügen: Eine einmal in Bewegung gesetzte Masse bleibt in Bewegung, wenn keine äußeren Kräfte auf sie einwirken.

Genau diese äußeren Kräfte gibt es in der Fusionskammer nicht. Das einmal gebildete Plasma hält deshalb erstmal seine Form. Dann aber wird Energie frei und strebt nach außen. Das hebt die Fusionsbedingungen schließlich auf und lässt die künstlich erzeugte Sonne verglimmen.

All das geschieht innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde.

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Der Unterschied zu den Beispielen aus Frankreich: Statt das Plasma durch ein Magnetfeld stetig auf die richtige Temperatur, Dichte und Form zu bringen, gibt es bei First Light einen großen Schlag. Wie ein Hammer wird hier einmal groß ausgeholt und mit ungeheurer Wucht zugeschlagen. Danach wird der Prozess mit neuem Brennstoff wiederholt.

Der Weg zur kommerziellen Nutzung von Fusionsmeilern

Damit sich ein Kraftwerk auch finanziell lohnt, ist das Ziel immer das gleiche: Am Ende muss mehr Energie herauskommen als wir für das Aufrechterhalten der Fusion einsetzen. Und hier hat First Light Asse im Ärmel.

• Flexibilität: Wie oft und mit wie viel Energie gefeuert wird, lässt sich variieren. Möglich sind also viele kleinere Schüsse oder ein großer mit ordentlich Wumms.
• Verstärkung: Wie genau, verrät First Light nicht – aber der Schuss wird durch einen zentimetergroßen Würfel verstärkt, in dem sich der Wasserstoff befindet. Bekannt ist: Sobald das Projektil mit seinen fast 25.000 km/h den Würfel trifft, breiten sich in dem winzigsten Bruchteil einer Sekunde Schockwellen aus, die exakt so vorberechnet durch den Würfel laufen, dass sie einander verstärken.

Ein Krebs als Inspiration

Als Inspiration für den großen Knall wie auch den Würfel dient ein Tier mit einer einmaligen Fähigkeit: der Pistolenkrebs. Sein extrem lauter Knall ist so mächtig, dass damit Feinde abgewehrt oder Beutetiere betäubt werden. Auch hier wird eine winzige Menge Wasser sehr kurz auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt – ein Plasma entsteht.

Wer solch einen Schuss eines Pistolenkrebses sehen möchte, findet hier den verlangsamten Momenten in einem Youtube-Video von der BBC.

Das Ergebnis: der Würfel von First Light Die Inspiration: Der Schwanz des Pistolenkrebses

Die Verstärkungstechnologie von First Light ist ein streng gehütetes Geheimnis. Sie verraten nur wenige Grundprinzipien, keinerlei Details. Quelle: First Light Fusion und Arthur Anker

Wie geht es weiter? Ein wichtiger Schritt ist, den Abstand zwischen Kanonenmündung und Ziel zu vergrößern. Je größer der Abstand, desto besser wäre die Kernfusion mittels solch einer Gaskanone kommerziell einzusetzen.

Die Herausforderung ist dabei nicht, das Ziel zu treffen. Schwieriger ist, die Integrität des Projektils über eine größere Distanz beizubehalten. Das droht nämlich auf dem Weg zum Brennstoff durch die enorme Belastung zu verdampfen. Als Zielentfernung anvisiert sind rund drei Meter, aktuell steht First Light nach weiteren Versuchen bei 10 Zentimetern.

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Wie auch das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung schreibt, ist also Geduld gefragt. Auch wenn es sich in den letzten Jahren so anfühlt, als ob es mit der Grundlagenforschung zur Kernfusion ordentlich vorangeht, ist der Weg noch weit: Es ist derzeit nicht prognostizierbar, ob oder wann ein erstes kommerzielles Fusionskraftwerk zur Stromerzeugung realisiert werden könnte.

Und so bringen uns auch First Lights Erfolge dem Ziel mit Sicherheit näher. Wie viel Wegstrecke noch vor uns liegt, wissen wir aber nicht.