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Mit der Unterzeichnung des weltgrössten Forschungsabkommens bringen die Trägerländer den Kernfusionsreaktor Iter auf den Weg. Die neue Energiequelle soll sicher und klimaneutral werden.
Eine knappe Autostunde von Marseille entfernt führt eine staubige Schotterpiste durch eine liebliche, provenzalische Hügellandschaft mit gedrungenen Eichen und wild wachsenden blauen Blumen. Inmitten dieser Naturidylle unter der Sonne Südfrankreichs wirft ein schlichter Fahnenmast seinen Schatten. Genau an dieser Stelle nahe dem Atomforschungszentrum Cadarache wird es in zehn Jahren sehr viel heisser hergehen. Bei etwa 100 Millionen Grad Celsius sollen hier Atomkerne in dem weltgrössten Fusionsreaktor Iter (Internationaler Thermonuklearer Experimenteller Reaktor) verschmelzen und die Grundlage für die Stromversorgung der Zukunft legen.
Mit der Unterzeichnung des Iter-Abkommens in Brüssel brachten vor einigen Tagen die beteiligten Staaten dieses bisher grösste internationale Forschungsprojekt auf den Weg. Gut zwölf Milliarden Euro werden Bau und Betrieb dieses Reaktors verschlingen. An diesen Kosten beteiligt sich auch die Schweiz, neben der Europäischen Union, Japan, Südkorea, China, Indien, Russland und den USA. Bis 2050 wollen die Fusionsforscher eine sichere, günstige und klimaneutrale Energiequelle entwickeln.
DIE BRENNSTOFFE für einen Fusionsreaktor stehen auf der Erde nahezu unerschöpflich zur Verfügung. Denn im Unterschied zu Kernkraftwerken werden hier nicht Urankerne gespalten, sondern leichte Wasserstoffkerne zu Helium verschmolzen. «Bei dieser Fusion geht ein wenig Masse verloren. Und die wird zu Energie umgewandelt», erklärt Mathias Brix, Physiker am europäischen Fusionsexperiment Jet (Joint European Torus) im britischen Culham, dem Vorgänger von Iter. Der gleiche Prozess läuft seit Jahrmillionen im Innern der Sonne ab und liefert gigantische Energiemengen. Für das gebändigte Sonnenfeuer auf der Erde greifen die Forscher jedoch nicht zu einfachem Wasserstoff, sondern auf seine schwereren Geschwister Deuterium und Tritium zurück. Dieses Brennmaterial kann einerseits aus einfachem Wasser und andererseits aus dem Metall Lithium, das heute in jedem Handyakku steckt, gewonnen werden. Ein Kilogramm Wasserstoff verschmolzen zu Helium liefert so viel Energie, als würde man 11 000 Tonnen Steinkohle verfeuern. «Mit dem Lithium aus einer Laptop-Batterie und dem Wasser aus einer halb gefüllten Badewanne können 200 000 Kilowattstunden Strom erzeugt werden», sagt Sir Chris Llewellyn Smith, Leiter des Jet-Experiments. Das entspricht dem Stromverbrauch eines Westeuropäers in 30 Jahren.
Seit Jahrzehnten werkeln Physiker weltweit an kleineren Fusionsreaktoren. Immer wieder verschoben sie ihre Prognosen bis zum Betrieb des ersten Kraftwerks. Schon die für wenige Sekunden anhaltende Kernfusion im Jet-Reaktor im Jahre 1997 wurde als grosser Erfolg gefeiert. 25 Megawatt Energie verschlang dieser Prozess und nur 16 Megawatt wurden erzeugt. Keine lohnende Bilanz für ein Kraftwerk. Iter soll nun erstmals dieses Missverhältnis umkehren und zehnmal mehr Energie liefern als verbrauchen. Der Reaktor wird jedoch noch keinen Strom ins Netz liefern. Er soll erst zeigen, dass eine wirtschaftliche Stromerzeugung durch Kernfusion überhaupt möglich ist.
DEN SCHLÜSSEL für diesen Erfolg sehen die Forscher in der Grösse von Iter. Das Herz des Reaktors, eine etwa 800 Kubikmeter grosse Vakuumkammer, übersteigt die Masse der Jet-Kammer um das Zehnfache. Im Innern der Reaktorkammer wird eine heisse Wolke aus Wasserstoffkernen mit einer Gesamtmasse von gerade mal einem Gramm wabern. Plasma nennen die Physiker diesen gasähnlichen Zustand der Materie, bei der die Wasserstoffatome mit Mikrowellen so weit aufgeheizt werden, dass sie ihre Elektronen abgeben und als nackte Atomkerne vorliegen. Bei 100 Millionen Grad prallen sie mit Geschwindigkeiten von 200 Kilometern pro Sekunde aufeinander und verschmelzen zu schwereren Heliumkernen. Dabei freigesetzte Neutronen dringen in die Kammerhülle aus Spezialstahl und heizen diese auf. Ein Wärmetauscher nimmt diese Hitze auf und soll in einem weiteren Kreislauf Wasser verdampfen. Damit können dann Generatoren zur Stromerzeugung angetrieben werden.
Um das Plasma kontrollieren zu können, bauen die Forscher starke Magnetfelder auf, die in einem geschlossenen Kreis durch die Reaktorkammer verlaufen. Sie vermeiden jeden direkten Kontakt des extrem heissen Plasmas mit den Kammerwänden. Denn es gibt schlicht keinen Werkstoff, der der enormen Hitze von mehreren Millionen Grad standhalten könnte.
Trotz diesen extremen Bedingungen sind die Wissenschafter von der Sicherheit eines Fusionsreaktors überzeugt. «Eine selbstständige Kettenreaktion wie in einem klassischen Kernreaktor ist unmöglich», sagt Brix. Versagen Magnetfelder oder die Mikrowellenheizung, bricht der empfindliche Verschmelzungsprozess unmittelbar ab. Ganz ohne Radioaktivität kann ein Fusionsreaktor allerdings nicht betrieben werden. Sowohl der Brennstoff Tritium als auch die mit Neutronen beschossenen Kammerwände geben radioaktive Strahlung ab.
«Der schlimmste Unfall könnte ein Leck im Kühlwassersystem sein», sagt Sicherheitsexperte Neill Taylor. Doch auch wenn Tritium aus dem Reaktor austreten würde, soll die radioaktive Belastung nur etwa einem Zehntel der natürlichen Jahresdosis, verursacht durch die unvermeidbare kosmische Strahlung, entsprechen. Selbst die kontaminierten Bauteile, die im Jahresrhythmus ausgetauscht werden, strahlen bereits nach etwa 100 Jahren nicht mehr.

Autor: JAN OLIVER LÖFKEN, CADARACHE, gefunden im ZT