Kernfusion mit Lasern: Neue Brennstoffe vermeiden radioaktive Kontamination

Palaiseau (Frankreich) - Noch immer besteht Hoffnung, dass Fusionsreaktoren in einigen Jahrzehnten enorme Strommengen über die Verschmelzung von Atomkernen produzieren könnten. Doch auch bei der Kernfusion, die prinzipiell weitaus ungefährlicher als eine Kernspaltung abläuft, werden Neutronen freigesetzt, die zu einer radioaktiven Kontamination der Reaktorhülle führen. Eine Gruppe französischer Physiker berichtet nun in der Fachzeitschrift „Nature“ über eine Lösung dieses Problems. Sie untersuchten die von Lasern initiierte Fusion von Bor-Kernen mit Protonen, bei der bevorzugt Helium- und Beryllium-Kerne entstanden und keine unerwünschten, schnellen Neutronen.

„Im Falle der Fusion von Protonen mit Bor-11-Kernen wird die Energie vor allem über geladene Alpha-Teilchen als über Neutronen freigesetzt“, erklären Christine Labaune und ihre Kollegen von der École Polytechnique in Palaiseau bei Paris. Damit unterscheidet sich diese Kernfusion wesentlich von der bisher favorisierte Verschmelzung von schweren Wasserstoffkernen, Deuterium und Tritium, bei der neben einem Alpha-Teilchen jeweils ein energiereiches Neutron gebildet wird. Dieser Vorteil bestätigte sich nun in einem Fusionsexperiment, bei dem beschleunigte Protonen auf ein Plasma aus Bor-Kernen trafen.

Für diese Neutronen freie Kernfusion waren Temperaturen von mehreren Millionen Grad notwendig. Dazu hatten Labaune und Kollegen mit intensiven, einigen Nanosekunden langen Laserpulsen ein Plasma aus Bor-Kernen erzeugt. Auf dieses trafen weitere, deutlich kürzere Laserpulse mit stark beschleunigten Protonen. Bei einem von 300 bis 3.000 Protonen erfolgte eine Kernfusion, bei der nur Beryllium-Kerne und Alphateilchen entstanden, die die Forscher mit empfindlichen Detektoren nachweisen konnten. Dagegen fehlten Neutronen, die bei anderen Fusionsprozessen freigesetzt werden und beim Auftreffen auf die Hülle der Reaktionskammer zur Bildung von radioaktiven Isotopen führen.

Einen weiteren Vorteil sehen die Wissenschaftler in der hohen Verfügbarkeit von Bor im Vergleich zum aufwendig isolierten Tritium-Wasserstoff. Von einem Fusionsreaktor ohne Neutronenemission sind diese Laserexperimente allerdings noch sehr weit entfernt. Noch muss deutlich mehr Energie zu diesem Fusionsprozess zugefügt werden als potenziell gewonnen werden könnte. Doch bietet die Bor-Proton-Fusion wegen der geringen radioaktiven Kontamination eine verlockende Alterative für zukünftige Fusionsreaktoren.