Warme Fusion

Mit Hilfe eines so genannten pyroelektrischen Kristalls ist es US-Wissenschaftlern gelungen, in einer kleinen, vergleichsweise simplen Apparatur im Labor schweren Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen. Dabei werden energiereiche Neutronen freigesetzt.

Der Aufbau sei allerdings nicht dazu geeignet, mit Hilfe der Fusion Energie zu erzeugen, schränken Brian Naranjo und seine Kollegen jedoch gleich in der Einleitung ihres Artikels ein, den sie jetzt im Fachmagazin Nature veröffentlicht haben. Der Aufbau soll vielmehr als kompakte, transportable und vor allem preisgünstige Neutronenquelle dienen, die beispielsweise in der Materialprüfung oder für Sicherheitsprüfungen auf Flughäfen eingesetzt werden könnte.

Zwar gibt es transportable Neutronenquellen für spezielle Einsatzzwecke bereits, aber der apparative Aufwand dafür ist beträchtlich. Das Experiment von Naranjo und Kollegen sei dagegen "bemerkenswert low-tech" schreibt Michael Saltmarsh in einer begleitenden Analyse für Nature -- vor allem braucht man nur einige zehn Volt Eingangsspannung.

Das Team von der University of California hatte einen Kristall aus Lithiumtantalat in einer Kammer mit Deuterium-Gas untergebracht. An dem Kristall befindet sich eine spitze Wolfram-Elektrode. Um die Fusion in Gang zu bringen, wird der Kristall mit einer Heizleistung von lediglich zwei Watt erwärmt. Die thermische Ausdehnung erzeugt eine hohe elektrische Spannung am Kristall, wodurch an der Elektroden-Spitze extrem hohe elektrische Feldstärken von bis zu 25 Gigavolt pro Meter entstehen. Die Deuteriumatome werden dadurch ionisiert und driften auf ein mit 40 Volt vorgespanntes und mit Deuterium angereichertes "Target" zu. Dort kommt es dann zur Fusion von Deuterium-Atomkernen.

Der Aufbau produziert allerdings zur Zeit lediglich rund 1000 Kernverschmelzungen pro Sekunde für einige Minuten. Die Wissenschaftler sind aber optimistisch, den Output auf einige Millionen Neutronen steigern zu können.

Zuletzt hatte das Thema "Fusion im Labormaßstab" im vergangenen April stürmische Diskussionen provoziert. Bei Versuchen mit kollabierenden Bläschen in einer Aceton-Lösung hatten Rusi Taleyarkhan und seine Kollegen vom Oak Ridge National Laboratory nach eigenen Angaben Hinweise auf eine Kernfusion gefunden. Die Wissenschaftler hatten Wasserstoff im Aceton durch Deuterium ersetzt und das modifizierte Aceton mit Schallwellen bestrahlt, die in der Flüssigkeit kleine Bläschen erzeugten. Gleichzeitig beschossen sie den Zylinder mit schnellen Neutronen: Detektoren registrierten eine für die Fusion charakteristische Neutronenemission -- außerdem ließ sich das Fusisonsprodukt Tritium in der Flüssigkeit nachweisen.

Die Fusion von schwerem Wasserstoff zu Helium lässt sich in der Regel nur unter extremen Bedingungen von Druck und Temperatur realisieren -- die Fusion im Labormaßstab würde eine vergleichsweise billige und nahezu unerschöpfliche Energiequelle bieten. Skeptiker verweisen jedoch auf den Präzedenzfall der kalten Fusion: 1989 hatten Martin Fleischmann und Stanley Pons angeblich die Fusion von Deuterium in einem Palladium-Gitter nachgewiesen -- der Effekt ließ sich jedoch nicht verifizieren.

Die unendliche Diskussion um den Bau des internationalen Forschungsreaktors ITER (Internationaler Thermonuklearer Experimental-Reaktor) könnte unterdessen in diesem Jahr endlich entschieden werden. Weil sich sowohl Frankreich, als auch Japan ein Kopf-an-Kopf-Rennen um den Standort des Reaktors liefern, ist die Frage seit Jahren unentschieden. Die japanische Wirtschaftszeitung Nihon Keizai Shimbun berichtete Mitte April unter Berufung auf informierte Kreise, eine Entscheidung über den Standort des geplanten experimentellen Fusionsreaktors solle im Juli im Zuge eines G8-Treffens definitiv herbeigeführt werden. (wst)

• Zur Kernfusion als Energiequelle siehe auch das Feature "Sonnenfeuer auf Erden" aus Technology Review 11/2004. Das aktuelle Heft von TR ist ab heute am Kiosk.