Pionierforschung zur laserbasierten Trägheitsfusion startet in Deutschland

Am 20. Dezember fiel der Startschuss zum BMBF-geförderten Projekt IFE Targetry HUB, mit dem Ziel Basistechnologien für die laserbasierte Trägheitsfusion zu erforschen. Die Kernfusion birgt ein enormes Potenzial, um Energiebedarfsprobleme weltweit zu lösen, aber eine kommerzielle Nutzung dieser Technologie liegt noch in weiter Ferne. Das deutsche Verbundprojekt, bestehend aus 15 Partnern aus Forschung und Industrie unter Leitung des Fraunhofer IAF, startet die Erforschung von sogenannten Targets, die eine Schlüsselkomponente in der laserbasierten Trägheitsfusion darstellen.

Nachdem das Lawrence Livermore National Laboratory erstmals eine erfolgreiche Kernfusion als potenzielle Energiequelle demonstrierte, ist weltweit das Interesse an der Technologie rasant gestiegen. Bis die Kernfusion jedoch als nachhaltige Energiequelle genutzt werden und einen Mehrwert für die Gesellschaft bieten kann, ist es noch ein langer Weg. Mit dem vom BMBF-geförderten Projekt »Inertial Fusion Energy (IFE) Targetry HUB für die DT-Trägheitsfusion« (IFE Targetry HUB) wird in Deutschland nun ein wichtiger Grundstein für die Erforschung der laserbasierten Trägheitsfusion gelegt.

Am 20. Dezember kam das Projektkonsortium des IFE Targetry HUB, bestehend aus 15 Partnern unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF, erstmals zum Projekt-Kickoff an der Technischen Universität Darmstadt zusammen. Gemeinsam wurden das auf drei Jahre angelegte Projektvorhaben besprochen und die Weichen für eine erfolgreiche Zusammenarbeit gestellt.

Im IFE Targetry HUB bringen die Verbundpartner ihre unterschiedlichen Expertisen aus der Grundlagenforschung, der angewandten Forschung sowie der Industrie ein, um gemeinsam 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 Bottleneck für eine effiziente Kernfusion und sind somit eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zum laserbasierten Fusionskraftwerk der Zukunft.

Kleine Targets, große Wirkung

Jede Form der laserbasierten Trägheitsfusion ist ein gepulster Prozess, bei dem mit vielen hochenergetischen Laserstrahlen als Treiber ein mit den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium gefülltes Target komprimiert und gezündet wird. Dabei wird eine Temperatur von bis zu 120 Millionen Grad Celsius erreicht, bei der das Target verdampft und der Brennstoff unter gewaltigem Druck zusammengequetscht und gleichzeitig erhitzt wird. Dies löst eine Fusionsreaktion aus, bei der die positiv geladenen Atomkerne ihre gegenseitige Abstoßung überwinden und zu einem neuen, energetisch günstigeren Kern verschmelzen, wobei enorme Energie freigesetzt wird.

Bei bisherigen Demonstrationen kamen dabei sphärische Diamant-Targets zum Einsatz, die einen Durchmesser von lediglich 1 mm haben. Damit die Kernfusion gelingt, ist die Target-Geometrie, Grenzflächenbeschaffenheit und Reinheit, sprich die Materialqualität, von entscheidender Bedeutung. Im IFE Targetry HUB werden daher Prozesse zur hochgenauen Fertigung, beispielsweise zur additiven Fertigung von Schäumen bzw. Plasma-Beschichtung und Charakterisierung von Target-Komponenten entwickelt und implementiert. Die Forschung zielt auf eine skalierbare Target-Produktion ab, die die hohen Anforderungen für eine erfolgreiche laserbasierte Trägheitsfusion erfüllen.

Über das Projekt IFE Targetry HUB

Der IFE Targetry HUB wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Das Fraunhofer IAF koordiniert das Projektkonsortium, bestehend aus:

• Focused Energy GmbH
• Karlsruher Institut für Technologie – Tritium Labor Karlsruhe KIT-TLK
• Technische Universität Darmstadt mit
  • Institut für Kernphysik (IKP)
  • Institut für Nano- und Mikro-Fluidik (NMF)
  • Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU)
• KERN Microtechnik
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. mit
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF (Koordination)
  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT
  • Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
  • Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS – Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT
• Diamond Materials
• Plasmatreat GmbH
• LightFab GmbH
• ModuleWorks GmbH
• Herkula Farben GmbH

Das Projekt wird vom BMBF gefördert.