Gigantisch, 70

In einem ruhigen Industriegebiet in England wird die Stille gelegentlich durch den Knall einer 72 Fuß langen Waffe unterbrochen. Am Ende des Fasses wird ein Stern geboren.

Die Big Friendly Gun (BFG) ist ein Prototyp dessen, was das britische Kernfusionsunternehmen First Light Fusion als die Zukunft der Energieerzeugung erhofft.

Das Video oben zeigt einen Testbrand auf dem Firmengelände. Aus sicherer Entfernung und durch eine dicke Betonwand davon getrennt, beobachtet das Team, wie Daten von den Sensoren der Waffe einströmen. Jeder Testbrand bringt die Welt einen Schritt näher an eine potenziell nahezu unbegrenzte Quelle sauberer Energie.

Die riesige Stahlkanone feuert einen Hochgeschwindigkeitskolben mit 6,6 Pfund Schießpulver ab. Während der Kolben den Lauf hinunterfährt, komprimiert er das Wasserstoffgas und dringt in ein Kegelsegment ein, das das Gas auf einen winzigen Punkt zerkleinert, bevor es durch eine Metalldichtung platzt. Dabei wird ein Projektil mit einer Geschwindigkeit von 7,0 Kilometern pro Sekunde in eine Vakuumkammer geschossen, wo es ein Kernfusionsbrennstoffziel trifft und vorübergehend die Bedingungen schafft, unter denen Kerne miteinander verschmelzen können.

Laut First Light Fusion wurde es innerhalb von zehn Monaten für 1,1 Millionen Pfund (1,27 Millionen US-Dollar) in Auftrag gegeben, entworfen und gebaut. Es gibt nichts Vergleichbares auf der Welt.

Die Verschmelzung von Atomkernen ist derselbe Prozess, der auch unsere Sonne antreibt, und Wissenschaftler versuchen seit fast 100 Jahren, ihn auf der Erde nachzubilden, da diese Reaktion mehr Energie produziert als fossile Brennstoffe, ohne Kohlenstoffemissionen oder radioaktive Nebenprodukte.

Darüber hinaus können die für die Reaktion benötigten Brennstoffe, typischerweise die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, künstlich hergestellt werden. Daher wäre die Fusionsenergie, wenn wir sie nutzen könnten, nicht nur sauber, sondern reichlich vorhanden.

Der Ansatz von First Light Fusion – bekannt als Trägheitsfusion – ist weit entfernt von dem vielleicht gebräuchlichsten und viel komplizierteren Tokamak-Ansatz, bei dem Plasmagas mithilfe von Riesenmagneten zirkuliert. Aber es funktioniert, und CEO Nick Hawker glaubt, dass es das Spiel verändern könnte.

„Ich würde Tokamaks als den führenden Ansatz in der Magnetfusion bezeichnen“, sagte Hawker gegenüber Newsweek. „Die Physik ist ziemlich klar – sie wurde sehr gut charakterisiert.“

In all den Jahren, in denen ich mich mit der Tokamak-Technologie beschäftigt habe, ist die Hauptfrage, wie das Plasma Energie verliert. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Energie im Plasma dazu neigt, über die an der Reaktion beteiligten intensiven Magnetfeldlinien hinwegzufließen, was dazu führt, dass die Reaktion verpufft. Daher ist es noch niemandem gelungen, mit einem Tokamak einen Nettoenergiegewinn zu erzielen – mehr erzeugte Energie als zum Betrieb der Maschine erforderlich ist.

„Der Nettoenergiegewinn wurde durch Trägheitsfusion nachgewiesen, aber der Treiber war kein Laser, sondern ein unterirdischer Waffentest“, sagte Hawker. „Es gibt also den empirischen Beweis dafür, dass man mit der Trägheitsfusion einen hohen Energiegewinn erzielen kann.“

„Ich finde es etwas unfair, dies als Kritik an der Magnetfusion zu verstehen, denn die Herausforderungen, von denen wir wissen, sind auf die Arbeit zurückzuführen, die in der Magnetfusion geleistet wurde, und das hat es uns ermöglicht, einen Ansatz zu entwickeln, der sie umgeht.“

Eine solche Herausforderung ist die schiere Gewalt, die mit Fusionsreaktionen einhergeht. Tokamaks müssen Plasma bei Temperaturen von 180 Millionen Grad Fahrenheit zirkulieren lassen, um Fusion zu erzeugen, während Neutronen aus der Fusionsreaktion auf die Innenwände der Reaktionskammer einschlagen.

„Es ist eine der größten Herausforderungen für Tokamaks – die Überlebensfähigkeit der Vakuumkammer und wie oft man sie austauschen müsste“, sagte Hawker. „Es ist wie Plastik, das man in der Sonne gelassen hat. Wenn man Plastik längere Zeit in der Sonne lässt, zerstört das UV-Licht die Materialstruktur im Plastik und es zerfällt in Ihren Händen. Die Neutronen aus Fusion macht das mit Baustahl, also ist es ein kleines Problem.

Das Reaktordesign von First Light Fusion zielt darauf ab, dies zu umgehen, indem die Reaktorwände mit Flüssigkeit abgeschirmt werden, die die Neutronen absorbiert und die Stahlkonstruktion der Kammer im Vergleich zu einem Tokamak weniger Neutronenbeschuss aussetzt.

Die BFG ist nur ein Schritt in Richtung dieser endgültigen Vision. Das Unternehmen arbeitet derzeit an seiner nächsten Maschine, M3, einer riesigen Masse elektrischer Kondensatoren, die alle darauf ausgelegt sind, mit elektrischem Strom ein Projektil mit 1 Milliarde Gs auf 20 Kilometer pro Sekunde zu beschleunigen und so die Aufprallgeschwindigkeit zu erhöhen. Kurz gesagt, es ist raffinierter als Schießpulver.

Hawker geht davon aus, dass der First Light Fusion-Reaktor in den 2030er Jahren nutzbaren Strom erzeugen und im darauffolgenden Jahrzehnt Strom ans Netz gehen wird. Wie würde also ein riesiger Kanonenreaktor aussehen?

„Ich sage gerne, dass die Magnetfusion wie ein Ofen ist“, sagte Hawker. „Es ist ein ständig heißer Prozess, weil die Teilchen um den Donut kreisen. Die Trägheitsfusion hingegen ähnelt eher einem Verbrennungsmotor. Es ist ein gepulster Prozess, bei dem es eine Wiederholungsrate gibt und die Energie pro Ereignis multipliziert mit der Frequenz ergibt.“ Leistung."

Diese Analogie lässt sich fortsetzen, wenn man bedenkt, dass Verbrennungsmotoren über eine Zündkerze verfügen, die das Gas zündet, um den Prozess am Laufen zu halten. Bei der Trägheitsfusion ist diese Zündkerze häufig ein Laser. Im Fall von First Light Fusion handelt es sich um ein Hochgeschwindigkeitsprojektil. Laut Hawker ist diese Methode kostengünstiger und einfacher.

Das Projektil trifft schnell auf das Fusionsziel. Das Zieldesign des Unternehmens verstärkt diesen Aufpralldruck auf etwa 1 Terapascal oder 10 Millionen Mal mehr Druck als die Erdatmosphäre und erzeugt eine Wolke aus Wärme und Neutronen. Diese Wärme wird dann auf einen Flüssigkeitsstrom übertragen, der sich durch die innere Reaktionskammer bewegt und erneut auf einen Wassertank übertragen wird, der ihn auf eine Temperatur von über 1.000 Grad Fahrenheit erhitzt.

„Wir lieben Dampf“, sagte Hawker. „Es ist risikoarm und einfach. Ich möchte ein sehr langweiliges Kraftwerksdesign und nur eine neue Sache, nämlich den Kernprozess. Alles andere möchte ich so standardisiert wie möglich sein.“

Im hypothetischen Reaktor von First Light im Netz wird erwartet, dass sich dieser Prozess alle 90 Sekunden wiederholt – nicht so schnell wie einige andere Befürworter der Trägheitsfusion, die sich laserbasierte Reaktoren vorstellen, die ihre Reaktionen zehnmal pro Sekunde wiederholen. Dennoch reicht bereits ein kinetischer Aufprall alle 90 Sekunden aus, um enorme Energiemengen freizusetzen.

„Jedes Ziel wird etwa die gleiche Energiemenge freisetzen wie ein Barrel Öl“, sagte Hawker. „Es ist buchstäblich eine Million Mal energiereicher als eine chemische Reaktion. Es ist auch energiereicher als die Kernspaltung.“

Das nächste Jahrzehnt liegt noch in weiter Ferne, und die Klimakrise erfordert eine stärkere Änderung unserer Energiegewohnheiten, als die Kernfusion derzeit versprechen kann. Aber die Welt braucht eine bahnbrechende Energietechnologie und spät ist besser als nie. Zu diesem Zweck stecken Hawker und sein Team weiterhin die Finger in die Ohren und drücken auf „Feuer“.