Das ITER-Projekt (International Thermonuclear Experimental Reactor) ist eine der ehrgeizigsten internationalen Bemühungen auf der Suche nach einer sauberen und praktisch unerschöpflichen Energiequelle: der Kernfusion.
Dieses Experiment findet in Cadarache im Süden Frankreichs statt und soll die technische und wissenschaftliche Machbarkeit der Fusion als Alternative zu aktuellen Energiequellen demonstrieren.
Was ist Kernfusion?
Kernfusion ist der Prozess, der die Sonne und andere Sterne antreibt. Dabei verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren und setzen dabei enorme Energiemengen frei.
Im Gegensatz zur Kernspaltung, die langlebigen radioaktiven Abfall erzeugt, verspricht die Fusion eine viel sauberere Energiequelle. Darüber hinaus sind die für die Fusion notwendigen Elemente wie Deuterium und Tritium reichlich vorhanden oder können relativ leicht hergestellt werden.
Die Fusion verspricht nicht nur niedrige CO2-Emissionen, sondern auch globale Energiestabilität.
Deuterium kann aus Meerwasser gewonnen werden, während Tritium mithilfe von Lithium im selben Reaktor erzeugt werden kann. Dieser Aspekt macht die Fusion zu einer potenziell nachhaltigen Energieoption für zukünftige Generationen.
Die Ziele von ITER
Das Hauptziel von ITER besteht darin, zu zeigen, dass es möglich ist, mehr Energie zu erzeugen, als im Fusionsprozess verbraucht wird. In der Fachsprache spricht man von der Erzielung eines Energiegewinns.
Der Reaktor von ITER soll bei einer Einspeisung von 50 Megawatt 500 Megawatt Fusionsleistung erzeugen und damit eine zehnfache Leistung erreichen.
Darüber hinaus verfolgt ITER weitere wichtige Ziele, etwa die Entwicklung von Materialien, die den extremen Bedingungen in einem Fusionsreaktor standhalten, und die Erprobung von Technologien für den sicheren Umgang mit Brennstoffen. Dieses Wissen wird für den Entwurf zukünftiger kommerzieller Reaktoren von entscheidender Bedeutung sein.
Zu den Herausforderungen gehört auch die Verbesserung der Heizsysteme und die präzise Steuerung des Plasmas unter extremen Bedingungen.
Wie ITER funktioniert
Das Herzstück von ITER ist ein Gerät namens Tokamak, ein donutförmiger Reaktor, der starke Magnetfelder nutzt, um Plasma einzuschließen, einen Materiezustand bei extrem hohen Temperaturen.
Damit die Fusion stattfinden kann, muss das Plasma Temperaturen von etwa 150 Millionen Grad Celsius erreichen, zehnmal heißer als der Kern der Sonne. Bei diesen Temperaturen verfügen die Deuterium- und Tritiumkerne über genügend Energie, um ihre elektrischen Abstoßungen zu überwinden und zu verschmelzen.
Der magnetische Einschluss ist wichtig, um das Plasma lange genug stabil zu halten, damit die Fusion stattfinden kann.
In ITER wird dies durch ein komplexes System supraleitender Magnete erreicht, die intensive und präzise Magnetfelder erzeugen. Diese Magnete werden mit flüssigem Helium auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-269 °C) gekühlt, was die Bewältigung der großen erzeugten Energiemengen ermöglicht.
Sobald das Plasma eingeschlossen ist, werden fortschrittliche Techniken eingesetzt, um es auf die erforderlichen Temperaturen zu erhitzen. Dazu gehören die Erwärmung durch Hochfrequenzwellen und der Einsatz energiereicher Neutronenstrahlen, die die Temperatur des Plasmas erhöhen.
Eine internationale Anstrengung
ITER ist ein wirklich globales Projekt. 35 Länder nehmen teil, darunter Mitglieder der Europäischen Union, die Vereinigten Staaten, Russland, China, Indien, Japan und Südkorea. Jeder steuert Finanzierung, Technologie und Schlüsselkomponenten zum Reaktor bei.
Diese Zusammenarbeit stärkt nicht nur den wissenschaftlichen Austausch, sondern symbolisiert auch eine gemeinsame Anstrengung zur Bewältigung der Energieherausforderungen der Zukunft.
Das Kooperationsmodell von ITER fördert auch die Entwicklung technologischer Fähigkeiten in den teilnehmenden Ländern.
Viele Nationen haben spezialisierte Industrien geschaffen, um die komplexen Komponenten herzustellen, die für den Tokamak erforderlich sind, was Fortschritte in Bereichen wie Supraleitung, Robotik und Werkstofftechnik vorantreibt.
Die Herausforderungen des Projekts
Obwohl die Versprechen der Kernfusion beeindruckend sind, steht ITER vor erheblichen technischen und finanziellen Herausforderungen.
Der Bau eines Tokamaks dieser Größenordnung ist eine äußerst komplexe Aufgabe, und die Kosten des Projekts sind seit Beginn erheblich gestiegen. Ursprünglich waren etwa 5 Milliarden Euro veranschlagt, die aktuellen Kosten werden auf mehr als 20 Milliarden Euro geschätzt.
Unter den technischen Herausforderungen sticht die Entwicklung von Materialien hervor, die der im Reaktor erzeugten intensiven Strahlung und Hitze standhalten können. Darüber hinaus erfordert die Integration von Komponenten, die aus unterschiedlichen Ländern stammen, eine sorgfältige Abstimmung, damit alles harmonisch funktioniert.
Andererseits besteht auch Unsicherheit über das Verhalten von Plasma unter solch extremen Bedingungen.
Obwohl frühere Simulationen und Experimente an anderen kleineren Tokamaks durchgeführt wurden, stellt ITER einen beispiellosen Maßstabs- und Komplexitätssprung dar.
Wann werden wir Ergebnisse sehen?
Es wird erwartet, dass ITER in den 2030er Jahren mit den ersten Plasmatests beginnen wird.
Dieser Meilenstein wird entscheidend für die Bewertung sein, ob das Reaktordesign seine Energieziele erreichen kann. Im Erfolgsfall wird ITER der Vorläufer kommerzieller Fusionsreaktoren sein, die Mitte des 21. Jahrhunderts betriebsbereit sein könnten.
Der Projektzeitplan hat sich aufgrund seiner Komplexität und der Auswirkungen globaler Faktoren wie der COVID-19-Pandemie verzögert. Die bisher erzielten Fortschritte sind jedoch vielversprechend und spiegeln die gemeinsame Anstrengung aller Beteiligten wider.
Das Versprechen der Fusion
Wenn ITER seine Ziele erreicht, könnte es ein neues Energiezeitalter einläuten. Die Fusion hat das Potenzial, eine nahezu unbegrenzte, kohlenstoffarme Energiequelle bereitzustellen, ohne die langfristigen Probleme mit radioaktivem Abfall, die mit der Kernspaltung einhergehen.
Darüber hinaus könnte die Fusionsenergie erheblich dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und den Klimawandel abzumildern.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft ist davon überzeugt, dass der Erfolg von ITER auch zu neuen Fortschritten in anderen Bereichen führen wird. Die für den Reaktor entwickelten Technologien könnten Anwendung in der Medizin, im Transportwesen und in der Weltraumforschung finden.
