Ein historischer Fusions-Meilenstein – warum die wiederholte „Zündung“ zählt und grenzenlose Energie noch auf sich warten lässt

Was Wissenschaftler verkündeten – und warum Schlagzeilen es als „historisch“ bezeichneten

Im Dezember 2022 meldeten Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) des US-Energieministeriums ein bedeutendes Laborergebnis: Ein Experiment zur Trägheitsfusions-Forschung produzierte mehr Fusionsenergie als die Laserenergie, die auf die winzige Brennstoffkapsel gerichtet wurde – ein Zustand, der seit langem als „Zündung“ bezeichnet wird. Das Experiment setzte etwa 3,15 Megajoule an Fusionsenergie aus rund 2,05 Megajoule Laserlicht frei, das auf eine Deuterium-Tritium-Kapsel gerichtet war – eine klare Demonstration, dass kontrollierte Fusion kurzzeitig Nettoenergie auf Target-Ebene erzeugen kann. Dieser Ankündigung folgten weitere Experimente, die diesen Schwellenwert wiederholt erreicht oder überschritten haben und damit einen einmaligen Erfolg in ein reproduzierbares wissenschaftliches Regime verwandelten. (llnl.gov)

Wie das NIF-Experiment funktioniert – einfach erklärt

An der National Ignition Facility (NIF) beschießt eine Anordnung von 192 Hochenergie-Laserstrahlen eine millimetergroße Brennstoffkapsel im Inneren eines goldenen „Hohlraums“. Der Laserpuls erhitzt den Hohlraum und erzeugt Röntgenstrahlen, die die Kapsel implodieren lassen und den Deuterium-Tritium-Brennstoff komprimieren, bis Temperaturen und Drücke hoch genug sind, damit Fusionsreaktionen stattfinden können. Die Fusionsreaktion erzeugt Alphateilchen und Neutronen; der Heizeffekt der Alphateilchen kann den Abbrand dann für einen kurzen Augenblick verstärken – diese vorübergehende Selbsterhitzung nennen Forscher ein „brennendes Plasma“, das unter günstigen Bedingungen zur Zündung führt. (llnl.gov)

Wichtiger Fortschritt – NIF hat die Energieausbeute stetig verbessert

Das LLNL hat die Zündung nicht nur einmal demonstriert. In den folgenden Monaten und Jahren meldete das Team mehrere Schüsse, die die Zündung und stetig höhere Ausbeuten erreichten: Experimente in den Jahren 2023 und 2024 lieferten größere Fusionsleistungen, und das LLNL hat öffentlich über Rekordschüsse bis ins Jahr 2025 berichtet, die die Target-Ausbeuten in den Bereich mehrerer Megajoule trieben, wobei ein Experiment im Jahr 2025 eine Ausbeute von 8,6 MJ bei einem Laserpuls von etwa 2,08 MJ meldete. Diese wiederholbaren Ergebnisse sind von Bedeutung, da sie die Diskussion von der Frage „Kann eine Zündung stattfinden?“ hin zu „Welche Bedingungen und Designs erzeugen eine hohe, reproduzierbare Verstärkung?“ verschieben – ein notwendiger Schritt hin zu jedem Energieerzeugungskonzept, das auf derselben Physik basiert. (lasers.llnl.gov)

Warum diese Entdeckung ein wissenschaftlicher Meilenstein ist – und was sie nicht ist

Es ist wichtig, zwei verschiedene Bedeutungen von „Nettoenergie“ zu unterscheiden. Die NIF-Experimente erzielten Nettoenergie in Bezug auf die auf die Brennstoffkapsel einfallende Energie – also die Energie, die das winzige Pellet tatsächlich trifft und komprimiert. Das ist ein grundlegender wissenschaftlicher Meilenstein: Es beweist, dass die Laborfusion unter den richtigen Bedingungen mehr Energie aus dem Brennstoff freisetzen kann, als der lokale Treiber zuführt. Doch die Konstruktion eines Kraftwerks erfordert eine ganz andere Kennzahl: Das Werk muss mehr Strom an das Netz abgeben, als die gesamte Anlage für den Betrieb von Lasern, Pumpen, Kühlung, Targetfertigung und mehr verbraucht. Die Laserarchitektur der NIF verwendet große blitzlampengepumpte Verstärker mit einem sehr niedrigen Gesamt-Netzwirkungsgrad („Wall-plug-Effizienz“), sodass die elektrische Energie, die für einen einzigen Schuss der Megajoule-Klasse benötigt wird, um Größenordnungen höher ist als die an die Kapsel gelieferte Energie. Diese Lücke zu schließen, ist eine technische Herausforderung von völlig anderer Größenordnung. (cambridge.org)

Die verbleibenden technischen Hürden

• Treiber-Effizienz und Repetitionsrate. Ein Kraftwerk benötigt einen Treiber (Laser, Teilchenstrahl, magnetisches System), der Netzstrom effizient in fusionsauslösende Energie umwandelt und viele Male pro Sekunde feuern kann. Die Laser der NIF wurden nicht für hohe Repetitionsraten konzipiert; aktuelle Szenarien für Trägheitsfusionskraftwerke setzen auf diodengepumpte Laser und andere Technologien, welche die Wall-plug-Effizienz um Größenordnungen steigern könnten, doch diese Systeme stehen noch vor Herausforderungen bei Skalierung, Kosten und Zuverlässigkeit. (cambridge.org)
• Target-Herstellung und Wirtschaftlichkeit. Die winzigen gefrorenen Brennstoffkapseln, die die NIF verwendet, sind empfindlich und kostspielig. Ein kommerzielles Trägheitsfusionskraftwerk würde massengefertigte Kapseln für wenige Cent pro Stück sowie automatisierte Injektions- und Tracking-Systeme benötigen – ein gewaltiger Sprung gegenüber den heutigen Labortargets. (platodata.ai)
• Brennstoffversorgung und Tritium-Brüten. Die meisten kurzfristigen Fusionskonzepte setzen auf Deuterium-Tritium-Brennstoff, aber Tritium ist in der Natur selten und muss innerhalb des Reaktors mithilfe von Lithium-Blankets erbrütet werden. Das Design, Testen und Betreiben eines zuverlässigen Systems zum Brüten und Handhaben von Tritium bleibt eine der zentralen technischen Fragen für jeden D-T-Reaktor. (nap.nationalacademies.org)
• Materialien und Neutronenschäden. Die D-T-Fusion setzt energiereiche 14-MeV-Neutronen frei, die Reaktorwände und interne Komponenten beschädigen. Materialien, die einem anhaltenden, hohen Neutronenbeschuss über Jahrzehnte standhalten, sind noch immer ein aktives Forschungsgebiet; Reparaturen und der Austausch von Komponenten werden voraussichtlich wesentliche Kosten- und Verfügbarkeitsfaktoren sein. (nap.nationalacademies.org)

Wege in die Zukunft: Wie Forscher Laborerfolge in Kraftwerke verwandeln wollen

Forscher und Unternehmen gehen diese Probleme an mehreren Fronten an. Für die Trägheitsfusion wird daran gearbeitet, ineffiziente Blitzlampenpumpen durch diodengepumpte Festkörperlaser zu ersetzen, die den Netzwirkungsgrad von Bruchteilen eines Prozents auf mehrere oder sogar Zehnerpotenzen von Prozent steigern könnten, sowie Targets und Treibergeometrien mit viel höherer Verstärkung zu entwerfen, damit die Fusionsausbeute den Treibereinsatz bei weitem übersteigt. Bemühungen um den magnetischen Einschluss (Tokamaks und Stellaratoren) verfolgen einen anderen Weg: Sie zielen darauf ab, ein heißes Plasma über viel längere Zeiträume stabil zu halten und kontinuierlich Wärme zu extrahieren, was die technischen Herausforderungen hin zur dauerhaften Materialleistung und zum Tritium-Brüten in einer anderen Konfiguration verschiebt. Beide Ansätze – sowie eine Reihe von hybriden oder neu entstehenden Konzepten – werden wahrscheinlich eher zu langfristigen Lösungen beitragen, als dass es einen einzigen Gewinner gibt. (cambridge.org)

Was das für Energie und Klima bedeutet

Sollte die Fusion praktikabel gemacht werden können – mit zuverlässigen Brennstoffzyklen, langlebigen Materialien und einer günstigen Wirtschaftlichkeit – sind ihre Vorteile bestechend: sehr hohe Energiedichte, keine CO2-Emissionen während des Betriebs und ein reduziertes Abfallprofil im Vergleich zur Kernspaltung. Die jüngsten Arbeiten der NIF verwandeln eine alte wissenschaftliche Frage in etwas, das eher einem technischen Programm ähnelt, da sie die Physik in einer Laborumgebung beweisen. Ingenieure müssen jedoch noch Systeme entwerfen, die diese Physik in Kilowattstunden zu Kosten und mit einer Zuverlässigkeit umwandeln, die für Energieversorger und Regulierungsbehörden akzeptabel sind – ein Prozess, der wahrscheinlich Jahre oder Jahrzehnte dauern wird, nicht Monate. (llnl.gov)

Fazit

Die wiederholten Zündungsexperimente des LLNL sind ein echter Meilenstein: Sie demonstrieren, dass kontrollierte Fusion Nettoenergie auf Target-Ebene erzeugen kann und dass die Physik nun auf einem festeren Fundament steht. Damit ändert sich die Frage von „Ist Fusion möglich?“ zu „Wie schnell können wir die technischen Probleme lösen, die sie praktikabel machen?“. Die Antwort wird vom Fortschritt bei hocheffizienten Treibern, der Massenproduktion von Targets (für Trägheitsansätze), robustem Tritium-Brüten und neuen strahlungstoleranten Materialien abhängen. Der Fortschritt beschleunigt sich, aber die Umwandlung von Laborblitzen sternähnlicher Energie in stetigen, erschwinglichen Strom bleibt eine gewaltige und lohnende technische Herausforderung – eine, die nationale Labore, Universitäten und Unternehmen weltweit im Wettlauf zu lösen versuchen.

— Mattias Risberg, Dark Matter, Köln