Was ist Kernfusion und wie unterscheidet sie sich von bestehenden Kernkraftwerken?<\/h2>\n\n\n\n
Kernkraftwerke werden heute mit Atomstrom betrieben Spaltung<\/em> Energie. Beide fusion<\/em> und Spaltung<\/em> die Energie aus Reaktionen auf atomarer Ebene nutzbar machen, aber da enden die Gemeinsamkeiten auch schon.<\/p>\n\n\n\n Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, wird die Ernte von Spaltung<\/em> Die Energie beginnt, wenn ein Neutron in ein Brennstoffatom geschossen wird, das sich dann in kleinere Atome aufspaltet, Dabei wird Energie freigesetzt.<\/a>. Die Spaltungsenergie wurde zun\u00e4chst f\u00fcr Atombomben entwickelt, und heute er versorgt weltweit fast 10% der Stromerzeugung<\/a> als so genannte \"Kernkraft\".<\/p>\n\n\n\n Von Fusionsenergie spricht man hingegen, wenn zwei Atome miteinander verschmolzen werden, so dass sie sich verbinden und ein neues Atom bilden, Dabei wird Energie freigesetzt.<\/a>. Hier liegt die Herausforderung bei der Fusionsenergie: Bei der Verschmelzung zweier Atome m\u00fcssen zwei positiv geladene Kerne zusammengebracht werden, was bedeutet, dass eine gro\u00dfe Menge an Anfangsenergie ben\u00f6tigt wird (mindestens 150 Millionen Grad Celsius oder 10 Mal hei\u00dfer als der Kern der Sonne<\/a>), um die massive Absto\u00dfungskraft zwischen den Atomen zu \u00fcberwinden, bevor wir die nach der Kernfusion freiwerdende Energie ernten k\u00f6nnen. Wie k\u00f6nnen wir also Maschinen bauen, die ein so hohes anf\u00e4ngliches Energieniveau erreichen?<\/p>\n\n\n\n Abbildung 1<\/strong>: Kernspaltung und Kernfusionsreaktion<\/p>\n\n\n\n Es gibt zwei Hauptkategorien der Fusionsenergie: magnetische Fusionsenergie (MFE) und Tr\u00e4gheitsfusionsenergie (IFE).<\/p>\n\n\n\n Bei der MFE wird der Fusionsbrennstoff auf die erforderlichen extrem hohen Temperaturen erhitzt, so dass er in einen Plasmazustand \u00fcbergeht, der im Wesentlichen eine Suppe aus geladenen Teilchen ist. Da Plasmateilchen geladen sind, werden sie von Magnetfeldern beeinflusst. Daher werden Elektromagnete verwendet, um einen magnetischen \"K\u00e4fig\" zu erzeugen, der das hei\u00dfe Plasma des Fusionsbrennstoffs einschlie\u00dft (siehe Abbildung 2 - links). Wenn die Plasmamischung aus Fusionsbrennstoffen lange genug hei\u00df wird, kommt es zu Fusionsreaktionen, bei denen Energie freigesetzt wird.<\/p>\n\n\n\n Beim IFE befindet sich der Fusionsbrennstoff in einer Kapsel, die dann in einen Zustand hoher Dichte und Temperatur komprimiert wird, so dass die Fusionsreaktion stattfinden kann. Diese Kompressionsenergie kann auf verschiedene Weise zugef\u00fchrt werden. In diesem Blogbeitrag konzentrieren wir uns auf die lasergesteuerte IFE, bei der Laserstrahlen die Brennstoffkapsel komprimieren und aufheizen. Die Laserstrahlen k\u00f6nnen entweder direkt auf die Brennstoffkapsel treffen (Direktantrieb) oder auf einen Sekund\u00e4rbeh\u00e4lter (den sogenannten Hohlraum, siehe Abbildung 2 - rechts), der wandelt Laserenergie in R\u00f6ntgenstrahlen und Plasma um<\/a> die dann auf die Brennstoffkapsel (oder den indirekten Antrieb) treffen und diese komprimieren, wodurch Fusionsreaktionen ausgel\u00f6st werden.<\/p>\n\n\n\n Abbildung 2<\/strong>(links) Ein Ger\u00e4t f\u00fcr magnetische Fusionsenergie (MFE) und (rechts) ein indirekt angetriebener Laserprozess f\u00fcr Tr\u00e4gheitsfusionsenergie (IFE) (angepasst aus RANE, 2023<\/a>)<\/p>\n\n\n\n Bevor wir \u00fcber kommerzielle Fusionskraftwerke verf\u00fcgen k\u00f6nnen, m\u00fcssen zun\u00e4chst 3 wichtige Meilensteine erreicht werden:<\/p>\n\n\n\n Bei MFE wurde der erste Meilenstein des Netto-Fusionsenergiegewinns noch nicht erreicht. Zwar haben experimentelle MFE-Ger\u00e4te erfolgreich Fusionsenergie erzeugt, doch ist die Ausgangsenergie weiterhin geringer als die Eingangsenergie. Seit dem Jahr 2000 sind jedoch stetige Fortschritte zu verzeichnen. Die erste Fusionsanlage wurde 1958 in Betrieb genommen.<\/a>. Zu den wichtigsten Errungenschaften der letzten Zeit geh\u00f6ren die h\u00f6chste produzierte Fusionsenergiemenge (69 MJ)<\/a> im Oktober 2023, und erst im Februar dieses Jahres hat die der Rekord f\u00fcr die l\u00e4ngste Plasmadauer wurde mit 22 Minuten gebrochen<\/a>.<\/p>\n\n\n\n F\u00fcr IFE ist der erste Meilenstein erreicht. Im Jahr 2022, Zum ersten Mal wurde ein Nettogewinn an Fusionsenergie erzielt<\/a> in der Geschichte der Menschheit<\/a>. Mittels IFE mit indirektem Antrieb wurden 2 MJ Laserenergie in einem Hohlraum deponiert und 3 MJ aus der Brennstoffkapsel freigesetzt. Dieser Erfolg hat das Interesse an der IFE-Methode, die in der Vergangenheit im Vergleich zur MFE in den Hintergrund getreten ist, erheblich gesteigert.<\/p>\n\n\n\n Die Fortschritte bei MFE sind, gelinde gesagt, langsam. Das erste MFE-Ger\u00e4t wurde etwa zur gleichen Zeit in Betrieb genommen, als der erste Satellit ins All geschossen wurde. Heute landen die Raketen selbst, w\u00e4hrend die MFE immer noch versucht, den ersten Meilenstein des Nettoenergiegewinns zu erreichen. Wie auch immer, Durch Extrapolation historischer Trends d\u00fcrfte der MFE-Energie-Breakeven vor 2040 erreicht werden.<\/a><\/p>\n\n\n\n Was das IFE betrifft, so war der Nettoenergiegewinn zwar ein gro\u00dfer Erfolg f\u00fcr die Fusionsenergie, aber es gibt auch einen gro\u00dfen Nachteil. Bei diesem historischen Experiment kam es aufgrund von Verlusten in den Laserstrahlen, 300 MJ Strom wurden verbraucht, um die 2 MJ Energie zu deponieren.<\/a> auf der Brennstoffkapsel. Aus 300 MJ zugef\u00fchrter Elektrizit\u00e4t wurden 3 MJ Fusionsenergie erzeugt. Mit anderen Worten: Der Netto-Energiegewinn wurde zwar technisch erreicht, aber der Netto-Energiegewinn hat nicht <\/em>auf einer gr\u00f6\u00dferen Systemebene erreicht worden. Die Lasereffizienz und\/oder der Energiegewinn m\u00fcssten noch massiv verbessert werden, bevor ein IFE-Demonstrationskraftwerk in Betracht gezogen werden kann.<\/p>\n\n\n\n![\"\"\/](\"https:\/\/energyblog.ethz.ch\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/image1.png\")
<\/figure>\n\n\n\nZwei Hauptans\u00e4tze f\u00fcr die Kernfusion: Magnete vs. Laser<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"\/](\"https:\/\/energyblog.ethz.ch\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/image2.png\")
<\/figure>\n\n\n\nWie ist der aktuelle Stand der Fusionsenergie?<\/h2>\n\n\n\n
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Das klingt erstaunlich! Wann werden wir also Fusionskraftwerke haben?<\/h2>\n\n\n\n