IFE Targetry HUB

Die Kernfusion birgt grundsätzlich ein enormes Potenzial, um Energiebedarfsprobleme weltweit in den 2040er Jahren zu lösen. Um den Weg zu Deutschlands erstem Fusionskraftwerk zu ebnen, startete die Bundesregierung 2024 das Förderprogramm »Fusion 2040« mit einem Gesamtvolumen von mehr als einer Milliarde Euro. In diesem Rahmen fiel im Dezember 2024 auch der Startschuss zum »IFE Targetry HUB«, mit dem Ziel für Targets Basistechnologien für die laserbasierte Trägheitsfusion zu erforschen. Das Fraunhofer IAF leitet gemeinsam mit der Focused Energy GmbH das Verbundprojekt, bestehend aus 15 Partnern aus Forschung und Industrie.

Die Verbundpartner bringen unterschiedliche Expertisen aus der Grundlagenforschung, der angewandten Forschung sowie der Industrie ein, um geeignete Materialien und Prozesse für die funktionale und kosteneffizient skalierbare Fertigung sowie Charakterisierung von sogenannten Targets für die laserbasierte Trägheitsfusion zu erforschen. Diese Targets bilden einen Flaschenhals für eine effiziente Kernfusion und sind somit eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zum laserbasierten Fusionskraftwerk der Zukunft.

Beitrag des Fraunhofer IAF

Das Fraunhofer IAF arbeitete seit dem Ende der 1990er Jahren an der Herstellung von sphärischem Diamanten. Sphärischer Diamant bildete die Grundlage für die heutige Target-Entwicklung. Neben der Expertise im Diamantwachstum bringt das Fraunhofer IAF sein Know-how und seine Infrastruktur im Bereich der Mikrostrukturtechnologien in Hinblick auf Oberflächenbehandlungen der sphärischen Targets sowie der Materialcharakterisierung in den »IFE Targetry HUB« ein. Ziel des IAF ist es, den Wissenstransfer im Verbund zu gewährleisten und die Eignung der von den Verbundpartnern gefertigten Targets für die Trägheitsfusion zu testen und zu bewerten. Hierzu werden in experimentellen Versuchen Targets verschossen, um die Bedingungen der Trägheitsfusion zu simulieren. 

Bei der laserbasierten Trägheitsfusion wird eine etwa 2 Millimeter große Diamanthohlkugel, das sogenannte Target, mit gefrorenem Brennstoff (ein Deuterium-Tritium-Gemisch) mit hochintensiver Laserstrahlung indirekt beschossen. Die Laserstrahlung wird in Röntgenstrahlung umgewandelt, wodurch die Diamantkugel das Hundertfache ihrer Dichte und eine Temperatur von bis zu 120 Millionen Grad Celsius erreicht. Wenn die Diamantkugel verdampft, wird der Brennstoff unter gewaltigem Druck zusammengequetscht und gleichzeitig erhitzt. Durch diesen stark komprimierten Zustand kann die Fusionsreaktion stattfinden: Die positiv geladenen Atomkerne überwinden ihre gegenseitige Abstoßung und verschmelzen zu einem neuen, energetisch günstigeren Kern, wobei Energie freigesetzt wird.

Perfekte Diamantkugel als ideales Target

Eine ultrapräzise Kugelform, eine extrem glatte Oberfläche und perfektes Material sind die Voraussetzungen dafür, dass das Target in dem Fusionsexperiment komprimiert werden kann, ohne zu deformieren. Synthetischer Diamant eignet sich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ideal: Die winzigen Diamanthohlkugeln lassen sich in eine perfekt runde Form bringen und durch die Einbringung von Fremdatomen können die Absorptionseigenschaften für Röntgenstrahlen maßgeschneidert werden.

Die Technologie für die Herstellung der Diamantkugel, wie sie bei dem Experiment am LLNL verwendet wurde, wurde am Fraunhofer IAF bereits vor Jahrzehnten entwickelt. Die Ausgründung Diamond Materials hat das Konzept weiterentwickelt und optimiert.