Diskussion:Trägheitsfusion

Neuer Abschnitt "Nutzen"

Da steht jetzt: Eine einzelne Zündung erzeugt nur einen kurzen Energieausstoß durch die Kernfusion, wobei der Energieeinsatz für die Laser höher ist als der Gewinn. Die Energie einer einzelnen Zündung kann auch nicht, wie etwa bei dem ITER Konzept, zur Aufrechterhaltung weiterer Fusionsprozesse genutzt werden, wie es für einen Energie liefernden Reaktor notwendig wäre. Da stimmt Einiges nicht oder passt zumindest nicht an diese Stelle des Artikels.

(1) Bisher ist nur von Treiberstrahlen allgemein die Rede, "die Laser" kommen hier sehr überraschend.

(2) Wenn beim Einzel"schuss" der E-Einsatz für "die Laser" höher als der E-Gewinn ist, warum wäre das bei einer raschen "Schussfolge" denn anders? Oder ist da im Ernst gemeint, dass die Kraftwerkskonzepte, auch mit Ionentreibern, alle Unsinn seien und nicht mal theoretisch gehen könnten? Die Kraftwerksstudien haben gezeigt, dass ein Energie liefernder Reaktor durchaus denkbar ist, *obwohl* die Energie einer einzelnen Zündung (d.h. eines einzelnen Targets) dem nächsten Target nicht nützt. --UvM 16:56, 5. Mär. 2008 (CET)

Ad1: Die "Laser" können wir gerne wieder mit "Treiberstrahl" ersetzen. Ad2: Welche Kraftwerksstudien haben gezeigt, dass ein Energie liefernder Reaktor "denkbar" (oder machbar?) ist? Ich habe meine Zweifel, wo schon bei ITER ungewiß ist, ob jemals Energieüberschuß erreichbar ist. Also Quellen bitte. Davon unabhängig, folgende Sätze treffen zu:

1. "der Energieeinsatz für die Laser höher ist als der Gewinn." - gerne ggf. auch "ist aktuell höher"
2. "Die Energie einer einzelnen Zündung kann auch nicht, wie etwa bei dem ITER Konzept, zur Aufrechterhaltung weiterer Fusionsprozesse genutzt werden".

Setze diese Aussagen also bitte wieder ein. --Edoe 01:27, 13. Mär. 2008 (CET)

Kraftwerksstudien: z.B.

• E. W. Sucov et al.,"Inertial Confinement Fusion Central-Station Electric Power Generating Plant", Bericht WFPS-TME-81-001, Westinghouse Electric Corp. 1981;
• B. Badger et al., "HIBALL-II", Bericht KfK-3840, Kernforschungszenrum Karlsruhe 1985;
• "Hiblic-I", Bericht IPPJ-663, Nagoya University, Japan 1984.

Kein Fachmann bezweifelt, dass ITER Energieüberschuss erreichen kann. Aber dein diesbezüglicher Einwand klingt nach Glaubensfrage, diskutieren nützt da wohl nichts. -- Der Satz, dass "die Energie einer Zündung zur Aufrechterhaltung weiterer Fusionsprozesse genutzt werden kann", zeugt von wenig Sachkenntnis. Die Zündung des Plasmas liefert keine Energie, sondern verbraucht erst mal welche. Oder meinst du mit Zündung die einzelne Kernreaktion? Dann ist der Satz ebenfalls falsch, denn die einzelne Kernreaktion veranlasst sehr wohl die nächsten Kernreaktionen im selben, einmal gezündeten Plasma. Lies mal Kernfusionsreaktor, da ist es ganz gut erklärt. Im übrigen funktioniert auch ein Tokamak wie ITER gepulst und nicht kontinuierlich. Nach der Pause zwischen den Pulsen muss jeweils neu gezündet werden. --UvM 12:57, 13. Mär. 2008 (CET)

Hmm, weil du zuerst "glauben" geschrieben hast, bin ich jetzt Glaubender, und du der Wissenschaftler. :-)

Die "Zündung" aus meinem Satz kann man für Haarspalter auch einfach "von der Zündung ausgelöste Fusion" schreiben. Also: "Die Energie aus der Zündung eines Targets kann auch nicht, wie etwa bei dem ITER Konzept, zur Auslösung der Fusion im folgenden Target genutzt werden". --Edoe 23:39, 22. Mär. 2008 (CET)

Nochmal: nimm bitte zur Kenntnis, dass auch bei Tokamaks wie ITER *keine* Fusionsenergie aus dem vorangegangenen Puls zur Zündung des neuen Pulses verwendet wird. -- Ob du dich als Wissenschaftler einstufst, ist nicht wichtig. Aber wer oder was zwingt dich, über ein Thema zu schreiben, mit dem du dich offensichtlich nicht auskennst? --UvM 16:19, 24. Mär. 2008 (CET)

Du hast recht, dass die _externe_ Zündung nach der Stromunterbrechung nicht durch die vorhergegangenen Fusionsprozesse erfolgt - aber es wird zwischen zwei externen Zündungen durchaus weiterer Brennstoff umgesetzt, der durch das heisse Plama gezündet wird. Demnach die Präzisierung: "Die Energie aus der Zündung eines Targets kann auch nicht, wie etwa bei dem Tokamak Konzept, zur Aufrechterhaltung der Fusion genutzt werden." So stelle ich es nun ein. --Edoe 13:54, 9. Mai 2008 (CEST)

Sorry, der Satz ist auch jetzt nicht richtiger. Hier oben steht schon einmal, warum: Die Zündung des Plasmas liefert keine Energie, sondern verbraucht erst mal welche. Oder meinst du mit Zündung die einzelne Kernreaktion? Dann ist der Satz ebenfalls falsch, denn die einzelne Kernreaktion veranlasst sehr wohl die nächsten Kernreaktionen im selben, einmal gezündeten Plasma.--UvM 09:20, 25. Mai 2008 (CEST)

Liebe Leute, was soll das denn hier werden? Der entscheidende Unterschied ist doch der zwischen kontinuierlichem Betrieb (Tokamak, eingeschlossene Fusion) und diskontinuierlichem Betrieb (Trägheitsfusion). Im Tokamak heizt sich das Plasma nach der Zündung selbst, das wolte Edoe hier ja wohl zm Ausdruck bringen. Das Plasma bei der Trägheitsfusion heizt sich nach der Zündung auch selbst, ist aber halt viel schneller alle und man fängt von vorne an. Naclador 13:51, 24. Jun. 2009 (CEST)

Beleg für die Inbetriebnahme (NGI) gefunden

Moin zusammen,

hier : http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=44759&refer=weeklyNewsletter&utm_source=weeklyNewsletter_2010_10_27&utm_medium=email&utm_campaign=weeklyNewsletter

NETsroht 11:38, 24. Mär. 2011 (CET)

Info

Bitte folgenden Satz entfernen:
"Jedoch wird die ionengetriebene Fusion derzeit (2009) nicht als erfolgversprechend zur Energiegewinnung betrachtet und nirgends mit ernsthaftem Aufwand weiter erforscht "
Und vielleicht die Info aus folgendem Artikel einfügen:
http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2011/10/19/part-i-energy-stars-earth (nicht signierter Beitrag von 91.18.197.55 (Diskussion) 20:22, 20. Okt. 2011 (CEST))

Der Satz im Artikel ist dadurch nicht entkräftet. Dass einige Wissenschaftler mit Bleistift, Papier und Computer, auch mit Einzelexperimenten zu speziellen Teilen so einer Anlage an dem Thema forschen und das auch gerne der Presse erzählen, ist in diesem Sinne kein "ernsthafter Aufwand". Das wäre es erst, wenn eine große Versuchsanlage speziell dafür gebaut würde. --UvM 21:52, 3. Feb. 2012 (CET)

"Successful Ignition Test" 2010 bei NIF?

In dem angegebenen Einzelnachweis steht zwar etwas von "Successful Ignition", und das ist auch der Titel des verlinkten Textes. Aber Zündung wurde da noch längst nicht erreicht. Man muss bei den Verlautbarungen aus Livermore (und nicht nur da) schon genau lesen. Weiter hinten kommt der Satz: With the completion of this test, NIF is beginning its next phase of the campaign to culminate in fusion ignition tests. Ich habe das im Artikel entsprechend geändert. --UvM (Diskussion) 12:46, 14. Jan. 2013 (CET)

Es war ein Integrationstest, der die Inbetriebnahmephase abschloss. Erstmals alle Laser gleichzeitig und mit hoher Energie, sowohl die das Fusionstarget treibenden Laser als auch jene, die Plasmen als Lichtquellen für die Diagnostik erzeugen, dazu das Handling des T-haltigen Targets. Für die Beteiligten ein fieberhaft erwartetes Ereignis, für die Buchhaltung ein abzuhakender Meilenstein, hier eine halbe Zeile wert. – Rainald62 (Diskussion) 21:33, 14. Jan. 2013 (CET)

Schutz der Optik?

Also, was den Ausbau zu einem Kraftwerk angeht, von dem in populären Artikeln immer ausgegangen wird, fehlt mir da regelmäßig eine Diskussion über die Präzisionsoptik, die die Laserstrahlen auf das Target fokussiert. Wenn im Zentrum der Reaktionskammer Energie mit einer für ein Kraftwerk typischen Leistung erzeugt wird, wie sollen die Frontlinsen vor dem Beschuss durch das Fusionsplasma geschützt werden? Gibt es dazu in veröffentlichten Studien Vorschläge?-- Binse (Diskussion) 18:34, 23. Mär. 2014 (CET)

MW versus MJ

Im Bericht über NIF ist für den Schuss die Leistung in MW angegeben, bei LMF dagegen die Gesamtenergie in MJ. Könnte der Artikel etwas dazu sagen, wie sich das vergleichen lässt? Vielleicht die Dauer des Pulses angeben? Übrigens lassen sich Blitzlampen nicht entfernt so gut fokussieren wie Laser, was die im Experiment effektive Leistung jedenfalls stark reduziert.-- Binse (Diskussion) 18:55, 23. Mär. 2014 (CET)

Z-Pinch

@Kopiersperre: Deine Einfügung habe ich rückgängig gemacht. (1) Z-Pinch-Entladungen zählen üblicherweise nicht zur Trägheitsfusion. (2) Die Tabelle sagt in dieser Kürzestform fast nichts aus. Was ist denn mit "Energie" gemeint? Die zum Zünden zugeführte, die freiwerdende, oder was? (3) Die bunten Kringel mit Plus und Minus musst du schon erklären. Vermutlich sollen sie "vorteilhaft" und "nachteilig" heißen? (4) Die Quelle ordentlich angeben, z.B. an die Tabellenüberschrift anhängen. --UvM (Diskussion) 17:00, 22. Jun. 2014 (CEST) Nachtrag: die angegebene Masterarbeit sagt in der Einleitung deutlich (wie auch der Artikel Z-Pinch), dass man heute den Pinch nicht mehr als geeignet zum Einleiten der Kernfusion ansieht. -- Der Link zur Seite von Jacobys Institut hilft nicht, die Tabelle zu verstehen. --UvM (Diskussion) 18:36, 22. Jun. 2014 (CEST)

Das, was die Z-Maschine macht – ist das ganz normale Fusion?--kopiersperre (Diskussion) 04:31, 10. Jul. 2014 (CEST)

Nochmal: die angegebene Masterarbeit sagt in der Einleitung deutlich (wie auch der Artikel Z-Pinch), dass man heute den Pinch nicht mehr als geeignet zum Einleiten der Kernfusion ansieht. --UvM (Diskussion) 10:37, 10. Jul. 2014 (CEST)

Marvel Fusion GmbH

Ergänzung nötig? M.Waller (Diskussion) 17:41, 16. Dez. 2020 (CET)

Würde Sinn machen angesichts des forschen öffentlichen Auftretens von Marvel Fusion in Deutschland. Wenn, dann allerdings zum Thema lasergetriebene proton-B11 Fusion, die ja von einigen weiteren Gruppen seit Jahren weltweit als "total clean" verfolgt wird - selbst wenn dieser Ansatz nicht so ganz in die "klassische" Trägheitsfusion passt. --Sonnenfleck (Diskussion) 08:52, 17. Jan. 2021 (CET)

Müssen wir jedes forsch öffentlich auftretende Startup mit einer Erwähnung hier in der Enzyklopädie "adeln"? --UvM (Diskussion) 10:22, 17. Jan. 2021 (CET)

Dem kann ich nur voll und ganz zustimmen. Ich wollte auch nicht das "forsch" belohnen, das auch diskret darauf anspielen sollte, dass der Öffentlichkeit die dahinterliegende Herausforderung total vorenthalten wird. Der Werbeslogan "Strom durch Trägkeitsfusion in 10 Jahren" ist mehr als forsch. Marvel Fusion hätte auch in Wikipedia an der Stelle nichts zu suchen, da ihr Projekt quellenmäßig nicht mal zugänglich ist. Die lasergetriebene proton-B11 Fusion ist aber mehr als Marvel Fusion, immerhin seit vielen Jahren dokumentiert, aber vielleicht doch eher ein Nischenthema. Man kann ja abwarten.

--Sonnenfleck (Diskussion) 10:51, 17. Jan. 2021 (CET)

Das Phänomen an sich, dass sich seit einigen Jahren Startups in den USA und Kanada, teilweise als "Garagenfirmen" startend, mit (relativ) "low cost" Trägheitsfusionskonzepten selbständig machten und erfolgreich Geld einsammelten könnte aber schon dargestellt werden (ich erinnere mich an einen Geo-Artikel darüber, 2018, Nr.2).--Claude J (Diskussion) 11:19, 17. Jan. 2021 (CET)

Ja, aber ich denke, dass die ganze Seite nicht mehr gut auf dem Stand ist. Denke darüber nach, was geändert werden sollte. Es gibt ja nicht wenige Stimmen, die sagen, dass die "Garagenfirmen" (oder privaten start-ups) u.a. deshalb auftauchen, weil die vorwiegend mit öffentlichen Geldern finanzierte mainstream-Magnetfusion die Trägheitsfusion von diesen Geldern fernhalten wollen. --Sonnenfleck (Diskussion) 09:18, 19. Jan. 2021 (CET)

Ich schlage hier eine Überarbeitung der Abschnitte "Verfahren" und "Nutzen" vor, da eine Reihe von Aussagen m.E. eine differenziertere Darstellung erfordern (insbesondere der militärische Kontext). Danach muss auch noch "Treiber" überarbeitet werden. Danach schlage ich einen neuen Abschnitt "Weitere Verfahren" vor, in dem auch die p-Bor Fusion vorkommen könnte. Sie ist zwar im engeren Sinn keine Trägheitsfusion, aber in der Kategorie Laserfusion und damit in der Rubrik Trägheitsfusion doch vertretbar. Inwieweit die Quellenlage von Marvel Fusion ausreicht ist zu überprüfen, aber es gibt ja noch mehr start-ups in dieser Richtung.

Verfahren

Durch energiereiche, genügend fein fokussierbare Licht- oder Teilchenstrahlen (siehe Treiber) kann eine kleine Menge Fusionsbrennstoff innerhalb eines Reaktorgefäßes sehr schnell aufgeheizt werden. Diese Strahlen – mindestens zwei Strahlen aus entgegengesetzten Richtungen, in den meisten Konzepten aber weit mehr – gelangen durch kleine Öffnungen in das Target, einen Hohlkörper von einigen Millimetern Größe. In dessen Innerem befindet sich das eigentliche Fusionstarget, eine kleine Kugel aus einigen Milligramm Fusionsbrennstoff in fester Form, etwa gefrorenes Deuterium-Tritium-Gemisch. Die Strahlen treffen auf die Innenwand des Targets und heizen sie so auf, dass das entstehende Plasma im Röntgenbereich thermisch strahlt. Durch Strahlungstransport werden alle Oberflächen, einschließlich der des Fusionstargets gleichmäßig erhitzt, siehe Hohlraumstrahlung. Der Gasdruck des Plasmas stößt eine äußere Schicht ab, wodurch der restliche Brennstoff konzentrisch durch die Rückstoßwirkung (Rückstoßantrieb) zusammengedrückt wird. Im Zentrum der Schockwelle reicht die Temperatur aus für die Fusionsreaktion. Diese Methode, den Fusionsbrennstoff mittels des zwischengeschalteten Hohlkörpers zur Reaktion zu bringen, wird als indirect drive bezeichnet.

Alternativ dazu kann die mit dünnem Glas oder Metall umhüllte Brennstoffkugel ohne Zwischenschaltung des Strahlungshohlkörpers direkt mittels der als Treiber dienenden Strahlen genügend sehr energieeffizient komprimiert werden (direct drive). Diese Methode erfordert erhöhte Präzision, da die Rayleigh-Taylor-Instabilität jede Abweichung von der exakten Kugelsymmetrie verstärkt und damit die erforderliche Kompression verhindern würde(Quelle: OMEGA-experiment, https://phys.org/news/2016-09-direct-drive-fusion.html

Eine weitere, in den 1990er Jahren im Lawrence Livermore National Laboratory entwickelte Methode besteht darin, Kompression und Zündung getrennt herbeizuführen, indem ein zusätzlicher hochintensiver Laserpuls (fast ignitor) das komprimierte Fusionstarget an einer Stelle bis zur Fusionszündung aufheizt.[2] (Referenz DPG existiert nicht mehr) (aktuelle Quelle aus 2019: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13574-8)

Nutzen

Historisch entstand das Interesse an der Trägheitsfusion als Ersatz für das Verbot oberirdischer Kernwaffentests (Vertrag über das Verbot von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser), die der Weiterentwicklung von Nuklearwaffen dienten. Ein Vorteil der Trägheitsfusion wurde auch darin gesehen, mit sehr kleinen (Milligramm-)Brennstoffmengen in einer gut zugänglichen Reaktionskammer Untersuchungen durchzuführen.

Die Versuchsanlagen NIF in den USA und LMJ in Frankreich (siehe unten) wurden zu diesem Zweck gebaut und im Wesentlichen aus militärischen Budgets finanziert. Sie sind somit nicht primär auf die Entwicklung von Trägheitsfusions-Kraftwerken ausgerichtet, verfolgen allerdings auch das Ziel, zur Entwicklung astrophysikalischer Forschung und den Grundlagen für eine nachhaltige Energiequelle beizutragen. Als weiteres Nebenmotiv für die hohen Investitionen wurde teils auch die „Soziologie der Waffenlabore“ angeführt, da diese nach dem Zurückfahren der atomaren Aufrüstung neue Projekte bräuchten, um junge Wissenschaftler anzuziehen.[3] Größere Anlagen, die ausschließlich der zivilen Grundlagenforschung und Energieforschung mittels Trägheitsfusion dienen, sind u.a. die Experimente OMEGA in den USA(https://www.lle.rochester.edu/index.php/omega-laser-facility-2/) oder GEKKO in Japan (https://www.ile.osaka-u.ac.jp/eng/overview/message/index.html)

Ein wichtiger Unterschied zwischen Experimenten mit jeweils einzelnen "Schüssen" und einem dauerhaft Nutzenergie liefernden Reaktor liegt darin, dass im Reaktor die Targets in schneller Folge (mehrere pro Sekunde) positioniert und gezündet werden müssen. Außerdem setzt ein Netto-Energiegewinn einen ausreichend hohen Wirkungsgrad der Treiber voraus, der derzeit (2021) nicht dem Stand der Laserentwicklung entspricht. --Sonnenfleck (Diskussion) 16:44, 19. Jan. 2021 (CET)

In der FAS ist kürzlich ein Artikel dazu erschienen ([Roland Wengenmayr, Mit Superlasern und einem Quantentrick, Frankfurter Allg. Sonntagszeitung, 23. Mai 2021, S. 61, beruht auf Interviews mit den Wissenschaftlern von Marvel wie Georg Korn, Marius Schollmeier, Karl-Georg Schlesinger) und Managern (Moritz von der Linden)). Ein weiterer Vorteil des p-B11 Verfahrens ist noch nicht im Artikel erwähnt (direkte Umwandlung in elektrische Energie über die drei entstehenden angeregten Heliumkerne statt indirekt über neutrale Neutronen). Allerdings hängt der Erfolg von Marvel wesentlich davon ab, dass deren nanostrukturierte Pellets funktionieren, die eine Herabsetzung der Coulombabstoßungsschwelle über Tunneleffekt ermöglichen sollen (als nötige Temperatur statt 700 Mill. Grad wie bei D-T wird 6,6 Milliarden Grad zitiert, also etwa das zehnfache wie im Artikel erwähnt). Diese Nanostruktur ist ein wesentliches Firmengeheimnis und der Proof of Concept muss noch erbracht werden, wozu die Laseranlage stehen muss oder es gelingt ihnen am Aleph-Laser (rund 1 PW Femtosekunden-Pulse) der Colorado State University, an dem sie zur Zeit testen). Sorry, aber das erinnert wieder stark an die "kalte Fusion"). Die künftige Laseranlage kann viel schneller Pulse zur Verfügung stellen als der veraltete NIF Laser (der nur einen Schuss pro Tag hat, und der steht meist der Militärforschung zur Verfügung) und ist viel moderner, u.a. ist laut dem Artikel der Nobelpreisträger Gerard Mourou wissenschaftlich beteiligt - die Erzeugung der Femtosekundenpulse beruht wesentlich auf dem 2018 mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Konzept von Mourou und Strickland) und der Chefwissenschaftler ist Georg Korn, der die Extreme Light Infrastructure in Prag mit aufbaute. Man kann deshalb schnell viele verschiedene Pelletgeometrien und Strukturen testen (mehrere Schüsse/Pellets pro Sekunde sind angestrebt, beim Reaktor etwa 10), was beim NIF anscheinend nicht geht. Der Fusionsforscher Hartmut Zohm (MPI Physik) hat sich nach anfänglicher Unterstützung zurückgezogen, da er bei der ursprünglichen Empfehlung davon ausging, dass auch an gängigen D-T Pellets geforscht wird und nicht nur schwerpunktmäßig der riskantere p-B11 Weg beschritten wird. Es gab in kurzer Zeit mehrere Strategiewechsel und im Augenblick Finanzierungsprobleme. Sie haben zwar amerikanisches Risikokapital (die Milliardärin Susanne Klatten ist kürzlich abgesprungen), der angesehene Fusionsforscher Markus Roth (TU Darmstadt) hat aber die Firma verlassen (der will zur Zeit nicht mit der Presse sprechen). Sie schätzen die Kosten für eine Demonstration auf 350 bis 500 Mill. Euro, für einen 50- 100 MW (elektrisch) Kraftwerksprototyp auf 2 bis 3 Milliarden Euro, wobei die Erfahrung der Vergangenheit bei Kostenschätzungen im Bereich Fusion natürlich skeptisch werden lässt. PS: Die Reaktionsgleichung der p B11 Fusion sollte angegeben werden.--Claude J (Diskussion) 17:13, 24. Mai 2021 (CEST)

Vielen Dank für den Hinweis auf den jüngsten FAZ-Artikel hierzu. Du weist dabei darauf hin, dass z.B. die Idee der direkten Umwandlung der Energie in den erzeugten geladenen Heliumkernen ein denkbarer Vorteil ist, was ja bereits von Hora postuliert wird und nicht erst von Marvel Fusion. Ich schlage daher vor, dies mit einem Satz am Ende des ersten Absatzes zu erwähnen: "Ein Vorteil der Verwendung der Protonen-Bor-Reaktion gegenüber der Deuterium-Tritium wird darin gesehen, dass die in den geladenen Heliumkernen freiwerdende Energie grundsätzlich die Möglichkeit eröffnet, diese auf direktem Weg in elektrischen Strom umzuwandeln."

Die ansonsten vorgeschlagenen Besonderheiten wie Nanotargets mit Quanteneffekten gehören m.E. erst in einen Artikel, wenn es belastbare Quellen hierzu gibt. Es gehört offenbar zur Natur von start-ups, auf öffentliche Transparenz weitgehend zu verzichten. Vor dem Hinweis auf Hora könnte ich zumindest folgenden Satz vorschlagen: "Bei der "klassischen" Trägheitsfusion hängt die Effizienz entscheidend davon ab, ob es gelingt, die Energie der bei der Fusion erzeugten Heliumkerne für den erforderlichen Temperaturerhalt des Fusionsplasmas durch entsprechend hohe Dichtekompression (und damit kurze Reichweite der elektrisch geladenen Heliumkerne) möglichst vollständig zu nutzen. Dieses "thermonukleare" Verfahren kommt auf Grund der extrem kurzzeitigen Laserpulse hier nicht zur Anwendung, sodass unter diesen neuen Bedingungen auch geeignete Mechanismen für eine Art Lawineneffekt nachgewiesen werden müssen." PS: Die Reaktionsgleichung p-B findet sich unter dem am Anfang des Abschnitts angegebenem link zu Kernfusion. Besten Gruß --Sonnenfleck (Diskussion) 17:15, 25. Mai 2021 (CEST)

Das könntest du im Artikel Heinrich Hora noch ergänzen, da du anscheinend die Literatur kennst. Die Frage ist welchen Weg sie genau verfolgen, da ist vieles unklar bzw. man weiss nicht genau was man davon halten soll. Ein so leistungsstarker Laser und die dabei entwickelte Technologie wäre natürlich auch für D-T oder ganz andere Zwecke künftig nutzbar, und in punkto extrem intensive Laserpulse ist da anscheinend geballtes Expertenwissen eingebunden.--Claude J (Diskussion) 17:59, 26. Mai 2021 (CEST)

Umstrukturierung der Seite Trägheitsfusion

Der obige Versuch (im Kontext Marvel Fusion etc.), die bereits vorgeschlagenen, erweiterten Abschnitte „Nutzen“ und „Verfahren“ durch einen erweiterten Abschnitt „Treiber“ (und weitere Verfahren) zu ergänzen und auf den neuesten Stand zu bringen erschien mir schwer umsetzbar. Die bestehende Seite ist ungünstig strukturiert, fast ausschließlich auf NIF und LMJ fokussiert und unterschätzt den "direct drive" – und ist großenteils noch vor dem Stand von 2014 (wie bei HiPER erkennbar). Ich schlage daher eine strukturiertere Darstellung vor, die auch der historischen Seite angemessen Raum gibt und zugleich auch die nicht-militärischen größeren Anlagen wie OMEGA und GEKKO mit einbezieht. Entsprechend habe ich obigen Vorschlag abgeändert in einen etwas erweiterten Abschnitt 1.Prinzip, danach 2.Historische Entwicklung und 3.Verfahren. Dabei war ich bestrebt, von der bestehenden Seite möglichst viel zu erhalten. Der 4. Abschnitt „Treiber“ (umbenannt als „Forschungsüberblick“) bedarf noch einer Ausarbeitung auf den derzeitigen Stand der Forschung (einschließlich Protonen-Bor-Fusion).

1 Prinzip

Anders als beim magnetischen Einschluss des Fusionsplasmas (siehe Kernfusionsreaktor und Fusion mittels magnetischen Einschlusses) wird bei dem ursprünglich überwiegend für militärische Anwendungen entwickelten Trägheitseinschluss das Lawson-Kriterium dadurch erfüllt, dass der Brennstoff in einem Millimeter-großen, kugelförmigen Fusionstarget durch sehr schnelle, oberflächliche Energiezufuhr extrem verdichtet und auf die für die Fusion von Deuterium und Tritium erforderliche Temperatur von etwa 100 Millionen Grad aufgeheizt wird.

Eine mehrtausendfache Dichtekompression ist Voraussetzung dafür, dass die bei der Fusion erzeugten energiereichen Heliumatomkerne ihre Energie wieder im Brennstoff abgeben. Nur dadurch ist es möglich, dass ein Großteil des Brennstoffs durch Kernfusion "abbrennt". Die hierfür nötige Einschlussdauer beträgt dann nur Nanosekunden. Während dieser kurzen Zeit genügt die Massenträgheit des Plasmas selbst, um es zusammenzuhalten; daher die Bezeichnung Trägheitsfusion. Bei deutlich schwächerer Kompression müsste allerdings auf die Miniaturisierung verzichtet werden: dies würde eine weit höhere Laserenergie erfordern, aber auch eine deutlich größere Mengen Brennstoff als die üblichen wenigen Milligramm, was aber in einem Reaktor zur Energiegewinnung nicht mehr beherrschbar wäre. Das bräuchte einen Beleg. Vorschalg: weglassen. Die Trägheitsfusion wird daher auch als Miniaturisierung der nach dem gleichen Prinzip funktionierenden Wasserstoffbombe bezeichnet.

2 Historische Entwicklung

Militärische Anwendungen

Historisch entstand das Interesse an der Trägheitsfusion als Ersatz für das Verbot oberirdischer Kernwaffentests zur Weiterentwicklung von Nuklearwaffen im Atomteststoppvertrag (Vertrag über das Verbot von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser) aus dem Jahr 1963. Ein Vorteil der Trägheitsfusion als Miniaturisierung der Wasserstoffbombe wurde auch darin gesehen, mit den sehr kleinen (Milligramm-)Brennstoffmengen in einer gut zugänglichen Reaktionskammer Untersuchungen durchführen zu können.

Die Arbeiten zur Trägheitsfusion gewannen erheblich an Bedeutung, nachdem seit den frühen 1970er Jahren auch leistungsfähige Neodym-Glas-Laser[4] zur Verfügung standen. Erstmals öffentlich dargelegt wurden 1972 die Überlegungen zur Trägheitsfusion mit Lasern und hiermit möglichen Energieerzeugung in einem Nature-Artikel von John Nuckolls und Kollegen.[1] Zur weltweit führenden Einrichtung auf diesem Gebiet entwickelte sich in den späten 1970er Jahren das Lawrence Livermore National Laboratory in den USA mit dem Shiva-Laser[5] und in den 1980er Jahren dem deutlich leistungsfähigeren NOVA-Laser[6]. Maßgeblich für diese Entwicklung war auch das umfängliche LASNEX-Computerprogramm, das die physikalischen Prozesse weitgehend modellieren konnte und bereits als Basis für die Konzipierung und Auswertung von Nova-Experimenten diente.[7]

Nova konnte zwar das Ziel der Zündung eines Fusionstargets nicht erreichen, lieferte aber eine breite wissenschaftliche Grundlage für die Genehmigung des Baus der weit größeren Anlage NIF (National Ignition Facility) am Lawrence Livermore National Laboratory ab 1997[John Lindl et al, Progress Towards Ignition and Burn Propagation in Inertial Confinement Fusion, Physics Today, September 1992, S. 32ff). Die anfänglich auf 1.2 Mrd. $ geschätzte Finanzierung von NIF im Rahmen des sog. „Stockpile Stewartship“[8]-Programms zum Erhalt der Kernwaffenkapazität ohne Nukleartests belief sich am Ende auf über 3 Mrd. $.

Mit NIF vergleichbar ist die ebenfalls militärischen Zielen gewidmete französische Versuchsanlage LMJ (Laser Mégajoule), deren Bau 2004 in der Nähe von Bordeaux begann und 2025 die volle Leistung erreichen soll.

Zivile Forschung

Bestrebungen, die Trägheitsfusion für die zivile Energiegewinnung zu erforschen, waren in der Anfangszeit erheblich dadurch eingeschränkt, dass ihre militärische Nutzung in den USA und in weiteren Ländern mit Atomwaffenprogrammen (u.a. Großbritannien, Frankreich) einer offenen, zivilen Forschung und Anwendung im Wege stand. Die schrittweise Aufhebung eines Großteils der militärischen Geheimhaltung in den USA mit Beginn der 1990er Jahre trug in der Folge nicht unerheblich zur wissenschaftlichen Erforschung dieses Konzepts bei.[Barbara Goss Levi: Veil of Secrecy is Lifted from Parts of Livermore's Laser Fusion Program, Physics Today 47, 9, 17 (1994)] NIF blieb zwar primär auf militärisch Anwendungen ausgerichtet, verfolgte aber auch das Ziel, zur Entwicklung astrophysikalischer Forschung und den Grundlagen für eine nachhaltige Energiequelle beizutragen.(https://lasers.llnl.gov/about/what-is-nif) Als Nebenmotiv für die hohen Investitionen dieser Anlagen wurde teils auch die „Soziologie der Waffenlabore“ angeführt, da diese nach dem Zurückfahren der atomaren Aufrüstung neue Projekte bräuchten, um junge Wissenschaftler anzuziehen.[3]

Größere Anlagen, die ausschließlich der zivilen Grundlagenforschung und Energiegewinnnung mittels Trägheitsfusion dienen, gingen seit den 1990er Jahren mit den OMEGA-Laseranlagen[9] an der University of Rochester, USA, sowie der GEKKO-Anlage[10] in Osaka, Japan, in Betrieb. GEKKO ist weltweit auch die größte Anlage der Trägheitsfusion in einem Land ohne eigene militärische Kernenergieforschung. Daneben entstand eine Vielzahl mittlerer und kleinerer Anlagen weltweit, in denen unter Einsatz von modernen Hochleistungslasern die Physik „dichter Plasmen“[11] auch im Hinblick auf die Trägheitsfusion untersucht wurde und zum Teil heute (2021) noch untersucht wird.

3 Verfahren

Durch energiereiche, genügend fein fokussierbare Licht- oder Teilchenstrahlen kann eine kleine Menge Fusionsbrennstoff innerhalb eines Reaktorgefäßes sehr schnell aufgeheizt werden. Dabei wird zwischen zwei Verfahren unterschieden, dem indirect drive und dem direct drive. https://phys.org/news/2016-09-direct-drive-fusion.html Eine Weiterentwicklung ist die fast ignition-Methode.

Indirect Drive

Bei dem indirect drive gelangen die Strahlen – mindestens zwei Strahlen aus entgegengesetzten Richtungen, in den meisten Konzepten aber eher zwei Bündel von vielen Strahlen – durch kleine Öffnungen in das Target, einen Hohlkörper von einigen Millimetern Größe. In dessen Innerem befindet sich das eigentliche Fusionstarget, eine kleine Kugel aus einigen Milligramm Fusionsbrennstoff in fester Form, etwa gefrorenes Deuterium-Tritium-Gemisch. Die Strahlen treffen auf die Innenwand des Targets und heizen sie so auf, dass das entstehende Plasma im Röntgenbereich thermisch strahlt. Durch Strahlungstransport werden alle Oberflächen, einschließlich der des Fusionstargets, gleichmäßig erhitzt, siehe Hohlraumstrahlung. Das von der Oberfläche wegfliegende Plasma führt über den dabei auftretenden Rückstoßeffekt dazu, dass der restliche Brennstoff konzentrisch zusammengedrückt wird. Im Zentrum der dabei auftretenden, kugelförmigen Schockwelle reicht die Temperatur aus für die Fusionsreaktion.

Direct Drive

Alternativ dazu wird beim direct drive die mit dünnem Glas oder Metall umhüllte Brennstoffkugel direkt mittels der als Treiber dienenden Strahlen komprimiert. Diese Methode erfordert erhöhte Präzision, da die Rayleigh-Taylor-Instabilität jede Abweichung von der exakten Kugelsymmetrie verstärkt und damit die erforderliche Kompression verhindern würde[Quelle: OMEGA-experiment, https://phys.org/news/2016-09-direct-drive-fusion.html] Sie hat aber den Vorteil, dass die Energieübertragung Laser-Fusionstarget deutlich effizienter ist als beim indirect drive-Verfahren.

Fast Ignition

Ein weiteres - in den späten 1990er Jahren am Lawrence Livermore National Laboratory entwickeltes - Verfahren ist die fast ignition-Methode, bei der Kompression und Zündung getrennt herbeigeführt werden. Hierbei wird ein zusätzlicher hochintensiver und extrem kurzer Laserpuls auf das zuvor komprimierte Fusionstarget gerichtet, der es möglichst zentral bis zur Fusionszündung aufheizen soll.[12] Dieses zunächst mit hohen Erwartungen verknüpfte Verfahren stellte sich auf Grund der komplizierten Physik des Eindringen des Laserpulses in den hochkomprimierten Brennstoff als schwierig heraus, es wird aber immer noch - auch experimentell - weiterverfolgt (aktuelle Quelle: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13574-8)

Im Folgenden schlage ich die beiden noch zu Forschungsüberblick gehörenden, aber erweiterten und überarbeiteten Unterabschnitte zu Lasertreiber und Ionenstrahlen vor (nebst ergänztem Vorspann):

4 Forschungsüberblick

Ein wichtiger Unterschied zwischen Experimenten mit jeweils einzelnen "Schüssen" – bei NIF typisch 1-2 pro Tag - und einem dauerhaft Nutzenergie liefernden Reaktor liegt darin, dass im Reaktor die Targets in schneller Folge (mehrere pro Sekunde) positioniert und gezündet werden müssen. Außerdem setzt ein Netto-Energiegewinn einen ausreichend hohen Wirkungsgrad der sog. „Treiber“ voraus, die die Energie für die Zündung der Fusionstargets liefern sollen.

Der Schwerpunkt der Forschung lag bisher auf dem experimentellen Nachweis der "einmaligen" Zündung eines Fusionstargets mit ausreichendem Energiegewinn. Studien über geeignete Treiber für Nutzenergie betrachteten bis in die 1990er Jahre auch Ionenstrahlen statt Laserstrahlen auf Grund eines günstigeren Wirkungsgrads und höherer Schussfolgeraten.

Die Entwicklung extremer Hochleistungslaser hatte auch ein neues Interesse an der neutronenfreien Proton-Bor-Reaktion zur Folge.

Lasergetriebene Versuchsanlagen

Das NIF befindet sich am Lawrence Livermore National Laboratory im kalifornischen Livermore. Auf einer Fläche von 20.000 m² wurden 192 Hochleistungslaser installiert, deren Strahlen in einer kugelförmigen Reaktionskammer von 10 Metern Durchmesser zusammenlaufen. In der Mitte der Kammer wird der wenige Millimeter große Hohlkörper angebracht. Die Anlage hat 2009 den vollen Betrieb aufgenommen. Im Oktober 2010 wurde erstmals ein vollwertiger Schuss in ein tritiumhaltiges Target eingekoppelt.[4] Im Juli 2012 wurde eine Spitzenleistung des Laserimpulses von 500 Terawatt mit 1.85 MJ Energie erzielt, ein Weltrekord für Hochleistungslaser. [Fox News (12. Juli 2012): World’s most powerful laser fires most powerful laser blast ever https://www.foxnews.com/science/worlds-most-powerful-laser-fires-most-powerful-laser-blast-ever)

Im Oktober 2013 verkündete das Lawrence Livermore National Laboratory durch eine Presseerklärung einen „Scientific breakeven“ als wissenschaftlichen Durchbruch. Das Labor definierte dabei als Kriterium, dass durch Kernfusion mehr Energie – nämlich 14 Kilojoule - erzeugt wurde als die 10 Kilojoule, die durch den Laser in den heißesten Teil des Brennstoffs transferiert wurden, der die Fusionsreaktionen lieferte. [Nature 506, S. 343–348, 2014: Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion- https://www.nature.com/articles/nature13008]. Dieser Definition wurde von Kritikern widersprochen, die das zuvor übliche Kriterium des Vergleichs mit der deutlich größeren Laserenergie (1.8 Megajoule) zitierten, wonach das Ergebnis um mehr als einen Faktor 100 von einem „Scientific breakeven“ entfernt war. [D. Clery, Science, 10. Oktober 2013: "Fusion "Breakthrough" at NIF? Uh, Not Really …, https://www.sciencemag.org/news/2013/10/fusion-breakthrough-nif-uh-not-really]

Das dem Ziel der Energieerzeugung gewidmete und 2008 begonnene Programm LIFE (Laser Fusion Energy Program) [13] am Lawrence Livermore National Laboratory wurde über 2013 hinaus nicht verlängert. Dies wurde auch auf die umstrittene Informationspolitik des Labors zurückgeführt, das bereits 2011 für Mitte der 2020er Jahre einen 400 MW Demonstrationsreaktor in Aussicht gestellt hatte. [D. Kramer, Physics Today 67 (4), S.26, April 2014: "Livermore Ends LIFE". https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2344].

Das DOE beschrieb 2016 Pläne der Weiterentwicklung in Richtung Zündung – trotz bestehender Zweifel an NIF. [D. Kramer: NIF may never ignite, DOE admits, Physics Today, Juni 2016 online:https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.5.1076/full/ So wurde 2018 durch Weiterentwicklung der Symmetrie bei der Kompression des Fusionstargets der Fusionsgewinn auf 54 Kilojoule erhöht ["NIF achieves record double fusion yield". Lawrence Livermore National Laboratory. 2018-06-13, Retrieved 2019-11-11. https://www.llnl.gov/news/nif-achieves-record-double-fusion-yield]

Das französische LMJ wurde seit 1994 in der Nähe von Bordeaux entwickelt und seit 2004 aufgebaut. Das Ziel war, mit 1.8 Megajoule Laserenergie in 176 Einzelstrahlen und einer ähnlichen Technologie wie NIF indirect drive-Experimente militärischer Art, aber auch zu grundlegenden Fragestellungen durchzuführen. Bis 2014 wurde mit einer ersten Strahlführung, dem LIL (ligne d'intégration laser), die eingesetzte Technik erprobt und für Experimente angeboten. Der eigentliche Betrieb setzte ab 2014 mit einer schrittweisen Vervollständigung der Strahlführungen ein. Dabei wurde auch mit dem Projekt PETAL (PETawatt Aquitaine Laser) ein Zeichen der Öffnung für nichtmilitärische (akademische) astrophysikalische Forschung gesetzt, bei der ein Petawatt-Laser zum Einsatz kommen sollte. (A. Casner et al, Elsevier, 2015:LMJ/PETAL laser facility: Overview and opportunities for laboratory astrophysics https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1574181814000871) Projektträger ist das CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), die französische Kernenergiebehörde, die auch für militärische Forschung zuständig ist. Im Unterschied zu NIF sind über eventuelle Fortschritte in Richtung Trägheitsfusion keine Informationen zugänglich (Stand 2021).

Die Laserfusionsanlage HiPER[9] (High Power laser Energy Research facility) sollte als europäische Fusionsanlage die fast ignition-Technik anwenden und die Machbarkeit der Laserfusion als Energiequelle demonstrieren. Die Vorbereitungsphase (2008-2013) (https://www.photonics.com/Articles/HiPER_to_Expand_Europes_Role_in_Laser-Driven/a51006) am britischen Rutherford Appelton Laboratory ist nicht in die geplante anschließende Entwicklungs- und Bauphase übergeführt worden, was auch aus der Inaktivität der HiPER-Webseite seit 2014 geschlossen werden kann.

Sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen zu fast ignition finden noch an der OMEGA-Anlage in Rochester und im FIREX-Projekt an der Osaka-University, aber auch an NIF statt.(J.-L. Watson: Future of Fast Ignition, Stanford University, 2017, online http://large.stanford.edu/courses/2017/ph241/watson1/, siehe auch F. Zhang et al.: Enhanced energy coupling for indirect-drive fast-ignition fusion targets, Nat. Phys. 16, 810–814 (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0878-9)

Ionenstrahltreiber

Für Kraftwerkszwecke, also eine Netto-Energiegewinnung, galten die mit Blitzlampen gepumpten Festkörperlaser, die noch bei NIF und LMJ eingesetzt wurden, bis in die 1990er Jahre wegen eines zu geringen Wirkungsgrads und nur niedriger Schuss-Folgefrequenz als ungeeignet, sodass sich das Interesse auch den Ionenstrahl-Treibern als Alternative zuwandte. Dem trat die in den 1990er Jahren durch Massenproduktion einsetzende technische Weiterentwicklung und zugleich preisliche Verbilligung von diodengepumpten Lasern entgegen.

Schwerionenstrahlen zeichnen sich dadurch aus, dass sie selbst bei höherer Energie eine ausreichend kurze Reichweite in dichter Materie aufweisen, um ihre Energie an das Fusionstarget abzugeben. Zudem steht eine ausgereifte Technik von Beschleunigern der Kern- und Hochenergiephysik zur Verfügung, die einen hohen Wirkungsgrad und auch eine günstige Schuss-Folgefrequenz ermöglicht. Bis Ende der 1990er Jahre wurden das Verfahren in verschiedenen theoretischen Studien in den USA und in Europa untersucht.(I. Hofmann: Review of accelerator driven heavy ion nuclear fusion, Matter and Radiation at Extremes 3, 1, 2018 online https://aip.scitation.org/doi/full/10.1016/j.mre.2017.12.001) Darunter auch die HIDIF-Studie(I. Hofmann und G. Plass (Hrsg.): The HIDIF-Study: Report of the European Study Group on Heavy Ion Driven Inertial Fusion online: http://repository.gsi.de/record/200225) (I. Hofmann, R. Bock: Heavy Ion Inertial Fusion. In: Reinhard Stock (Hrsg.): Encyclopedia of Nuclear Physics and its Applications. Wiley-VCH, Weinheim 2013, ISBN 978-3-527-40742-2, Kapitel 24) einer europäischen Studiengruppe unter der Leitung von CERN und GSI von 1995 bis 1998. Die Studie zeigte auf, dass die Energieerzeugung mit Schwerionenstrahlen auf der Basis des eigentlich für die Zündung mit Lasern optimierten indirect drive einen hohen beschleunigertechnische Aufwand erfordern würde, der - zumindest auf dieser Basis - einen wirtschaftlichen Betrieb unwahrscheinlich erscheinen ließ.

Extrem kurz gepulste Leichtionenstrahlen (beispielsweise Lithiumionen) haben physikalisch und beschleunigertechnisch verschiedene Argumente für sich und wurden vor allem in den 1970er und 1980er Jahren näher untersucht, darunter die internationale LIBRA-Studie.( R. Badger et al.: LIBRA - a light ion beam fusion conceptual reactor design, 1990, Kernforschungszentrum Karlsruhe-Report KfK 4710, online https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:22020828)

Der noch immer ausstehende Nachweis der „Zündung“ eines Fusionstargets führte in der Folge auch zu keinen weiteren Studien auf der Treiberseite für Ionenstrahlen. --Sonnenfleck (Diskussion) 11:54, 29. Jan. 2021 (CET)

Hallo UvM: leider haben sich die Einträge überkreuzt, aber danke für den klärenden Kommentar. Gemeint war in einem Gas oder festem Target. Vorschlag: ...Hochleistungslaser im Petawattbereich können in einem gasförmigen oder festen Target extrem kurze, plasmaartige Pulse von Protonen erzeugen. --Sonnenfleck (Diskussion) 12:02, 29. Jan. 2021 (CET)

Hier erneuerte Unterabschnitte zur Proton-Bor Laserfusion im Abschnitt "Verfahren", und danach im Abschnitt "Forschungsüberblick"

Verfahren

Laser-Strahlfusion (Proton-Bor)

Die Entwicklung von Hochleistungslasern führte seit den Experimenten von Belyaev im Jahr 2005 zu einem neuen Interesse an der lange bekannten p¹¹B-Reaktion (siehe Kernfusion), die drei energiereiche ⁴He-Kerne ergibt und damit „saubere“ Kernenergie – ohne Neutronenproduktion und frei von Tritium – verspricht. (M. Peplow, Nature, 26. August 2005: Lasers trigger cleaner fusion. https://www.nature.com/news/2005/050822/full/050822-10.html)

Bei herkömmlichen Verfahren der Kernfusion, die fast durchwegs im thermischen Gleichgewicht des Plasmas stattfinden, ist diese Reaktion allerdings im Vergleich zur Deuterium-Tritium-Reaktion wegen der erforderlichen fast zehnmal höheren Temperaturen – nebst deutlich niedrigeren Reaktionsraten – praktisch nicht realisierbar. Dieses Problem wird bei der lasergetriebenen „Strahlfusion“ dadurch umgangen, dass mit Lasern ein extrem kurzzeitiger Protonenstrahl erzeugt werden kann. Dieser hat gegenüber einem ebenfalls lasererzeugten „ruhenden“ Borplasma die für die Kernreaktion erforderliche Relativgeschwindigkeit. Sinnvoller: statt Geschwindigkeit die kin. Energie(-bereich) in MeV nennen! In diesem nichtthermischen Plasma lassen sich hohe Reaktionsraten erzielen, wie bereits 2013 von Labaune gezeigt wurde. (M. Scheffer: Record proton-boron fusion rate achieved, FuseNet, 23.Dezember 2013, www.fusenet.eu. https://web.archive.org/web/20141202062802/http://www.fusenet.eu/node/575)

Forschungsüberblick

Laser-Strahlfusion der Proton-Bor-Reaktion

Die 2005 begonnen ersten experimentellen Untersuchungen der Laser-Strahlfusion mit p^-11B - als Alternative zur Trägheitsfusion über sphärische Dichtekompression - haben bereits 2017 eine medienwirksamen Ankündigung als "Heiliger Gral“ der Energieproduktion und „innerhalb der nächsten Dekade“ ausgelöst. (A. Micu, ZMEScience, 2017: Functional hydrogen-boron fusion could be here “within the next decade”, powered by huge lasers https://www.zmescience.com/science/hydrogen-boron-laser-fusion-15122017/.

Diese Experimente sind derzeit (2021) noch mit einem wissenschaftlichen „proof of concept" befasst. Untersuchungen am PALS-Laser(Prague Asterix Laser System [homepage http://www.pals.cas.cz/]) lieferten 2020 einen neuen Rekord, wobei in einem 0.5 Millimeter dicken, speziellen Target aus Bor-Nitrid der durch den Laser durch die Reaktion erzeugte ⁴He-Teilchenstrom gegenüber 2005 hunderttausendfach erhöht war. [L. Giuffrida et al, High-current stream of energetic alpha particles from laser-driven proton-boron fusion, Phys. Rev. E 101, 013204 (2020)

Von diesen ersten Erfolgen ausgehend gründete der Physiker Heinrich Hora 2017 auf privater Basis sein Vorhaben HB11-ENERGY(homepage https://hb11.energy/). Er versichert, dass ein auf seinem Konzept beruhender Reaktor in einem Jahrzehnt zur Verfügung stehen kann.( J. Tennenbaum, Asiatimes, May 12, 2020: Meet the father of the hydrogen-boron laser fusion reactor https://asiatimes.com/2020/05/meet-the-father-of-the-hydrogen-boron-laser-fusion-reactor/) Auch in den USA sehen verschiedene Startup-Unternehmen ihre Chance für schnellen Erfolg in unbegrenzter, sauberer Kernenergieerzeugung - auch auf der Basis der Proton-Bor-Reaktion – als Gegenstück zu den großen, meist sehr langsam voranschreitenden staatlich finnanzierten Projekten der Kernfusion. (Winters, J. (January 1, 2019): Startup Suns, ASME. Mechanical Engineering. January 2019; 141(01): 31–35. https://asmedigitalcollection.asme.org/memagazineselect/article/141/01/31/369155/Startup-SunsNuclear-Fusion-has-been-the-Province) In Deutschland stellt sich „Marvel Fusion“(homepage https://www.marvelfusion.io/) auch medial als weltweit erstes Startup-Unternehmen vor, das den erhofften weiteren Fortschritt in der Laserentwicklung für Fusionskraftwerke auf dieser Basis im Bereich 1-5 Gigawatt Leistung nutzen will.[ Süddeutsche Zeitung, 17. Dezember 2020: Experten durchleuchten Marvel Fusion, online https://www.sueddeutsche.de/muenchen/wolfratshausen/penzberg-experten-durchleuchten-marvel-fusion-1.5150761] --Sonnenfleck (Diskussion) 08:21, 4. Feb. 2021 (CET)

Bezeichnung "Strahlfusion"

(dies gehört weiter zum obigen Abschnitt "Umstrukturierung der Seite Trägheitsfusion", aber der wird allmählich unübersichtlich)

@Sonnenfleck: Der Ausdruck Strahlfusion ist erklärungsbedürftig. Ist PHYSICAL REVIEW E 101, 013204 (2020) die einzige Quelle für diese Bezeichnung (also Übersetzung von beam fusion)? Oder ist die Bezeichnung in der Literatur schon m.o.w. allgemein gebräuchlich? --UvM (Diskussion) 10:19, 5. Feb. 2021 (CET)

Danke dir für den berechtigten Hinweis! Physical Review (2020) ist nicht der einzige Hinweis auf "beam fusion". Auch Hora (2017) spricht von "laser beam fusion ignition", aber ein fester Begriff ist daraus noch nicht geworden (eher laser driven fusion, was aber auch bei NIF passt). Der Begriff ist eigentlich schon 1997 von Rostoker verwendet worden als "colliding beam fusion reactor" (für p-B11, siehe https://science.sciencemag.org/content/278/5342/1419), aber mit magnetischem Einschluss. In den Laserbasierten "neueren" Arbeiten wird auch auf Rostoker Bezug genommen - der allerdings nicht erfolgreich war. Ich würde daher vorschlagen, hier den Begriff Strahlfusion in "" zu setzen und darauf hinzuweisen, dass er zwar verwendet wird, aber nicht etabliert ist wie etwa direct drive oder indirect drive. Ich würde das bei deinen gestrigen und sehr hilfreichen (danke!) Änderungsvorschlägen mit einbauen und demnächst auf die Artikelseite umziehen.--Sonnenfleck (Diskussion) 12:23, 5. Feb. 2021 (CET)

Das sind also mindestens drei verschiedene Bedeutungen des Ausdrucks. Also: wie du vorschlägst, in Gänsefüßchen verwenden. --UvM (Diskussion) 16:27, 5. Feb. 2021 (CET)

Umzug auf die Artikelseite?

Hallo Sonnenfleck,
du schriebst an anderer Stelle: pB11 mit Lasern ist auch auf der englischen Wikipediaseite zur Trägheitsfusion aufgeführt... Nein, ist es nicht, jedenfalls heute (5.2.21) nicht mehr. Es steht dort vielmehr als ein Abschnitt in en:Aneutronic fusion. Ich komme auf meinen Vorschlag zurück, deinen schönen, gründlich recherchierten Text hier bei uns als eigenen Artikel „Proton-Bor-Fusion“ (oder ähnlich) einzustellen. Es handelt sich nun mal nicht um Trägheitsfusion in der üblichen Bedeutung dieses Begriffs. --UvM (Diskussion) 18:32, 5. Feb. 2021 (CET)

Bin ganz mit einem Hauptartikel zu „Proton-Bor-Fusion“ o.ä. einverstanden. Das oben ausgeführte Thema würde ich dann zumindest in etwas reduzierter Form als dritten Unterabschnitt von „Forschungsüberblick“ belassen, da es weitgehend der Trägheitsfusion (wenn auch nicht im strengen Sinn) zugeschrieben wird, und demnächst auf die Artikelseite verschieben. --Sonnenfleck (Diskussion) 14:19, 7. Feb. 2021 (CET)

2021

Bei der Traegheitsfusion hat es im August einen technischen Durchbruch gegeben, Am NIF wurden 1.3Megajoule Fusionsenergie in einem Schuss erzeugt, und 2% des Fusionsbrennstoffs fusioniert.

Ausserdem wurde im September eine Magnetfeldspule fuer einen Tokamak erfolgreich getestet und lieferte ein Magnetfeld von 20 Tesla. Damit soll bis 2025 der Tokamak SPARC gebaut werden mit dem sie all das machen wollen was ITER tun soll, nur schneller und viel kleiner, dank dem staerkeren Magnetfeld (ITER: 5.3 Tesla).

2022 Neue Ergebnisse (Scientific Breakeven) an der National Ignition Facility

Ich schlage vor, die neuen Ergebnisse an NIF vom 13. Dez. 2022 in den Artikel an 3 Stellen einzubauen: in den Einleitungsabsatz; den Anfang von Absatz 4. Forschungsrückblick; und 4.1.1:

Einleitung

ersetzen durch:

Als Trägheitsfusion werden Verfahren der Kernfusion bezeichnet, die für sehr kurze Zeit geeignete Bedingungen für thermonukleare Reaktionen herstellen, meist die Fusion von Deuterium und Tritium. Das Prinzip kommt bei der Wasserstoffbombe zur Anwendung, wird aber hier als mögliche Energiequelle in miniaturisierter Form durch Zündung kleiner Brennstoffkügelchen in schneller Schussfolge mittels beispielsweise Lasern alternativ zur Fusion mittels magnetischen Einschlusses untersucht. Der magnetische Einschluss war lange Zeit in der Entwicklung deutlich voraus, bis Ende 2022 erstmals an der Laseranlage der „National Ignition Facility“ in den USA experimentell ein deutlicher Energiegewinn durch Fusionsreaktionen nach diesem Prinzip erfolgreich demonstriert werden konnte.

4 Forschungsüberblick

am Ende hinzufügen:

Die mit Abstand führende Entwicklung findet seit mehreren Jahrzehnten an der „National Ignition Facility“ in den USA statt, wo auch Ende 2022 erstmals der „Scientific breakeven“ (als Überschuss der durch Fusion gewonnenen Energie im Verhältnis zu der in den Laserstrahlen enthaltenen Energie) nachgewiesen wurde.

4.1.1 National Ignition Facility

die letzten beiden Absätze ersetzen durch (auch chronologisch richtiggestellt):

Das dem Ziel der Energieerzeugung gewidmete und 2008 begonnene Programm LIFE (Laser Fusion Energy Program) am Lawrence Livermore National Laboratory wurde über 2013 hinaus nicht verlängert. Dies wurde auch auf die umstrittene Informationspolitik des Labors zurückgeführt, das bereits 2011 für Mitte der 2020er Jahre einen 400 Megawatt Demonstrationsreaktor in Aussicht gestellt hatte.

Das DOE beschrieb 2016 Pläne der Weiterentwicklung in Richtung Zündung – trotz bestehender Zweifel an NIF. So wurde 2018 durch Weiterentwicklung der Symmetrie bei der Kompression des Fusionstargets der Fusionsgewinn auf 54 Kilojoule erhöht.

Im August 2021 berichtete das LLNL von der Erzeugung von immerhin 1,35 MJ Fusionsenergie nach dem Einsatz von 1,9 MJ Laserenergie, und befand sich somit nun tatsächlich nahe an dem Ziel des „Scientific breakeven“. Nach einer weiteren Erhöhung der Laserenergie auf 2,05 MJ und Optimierungen am Target verkündete das DOE am 13. Dezember 2022 einen „historischen Durchbruch“, wonach es am NIF gelungen war, 3,15 MJ Fusionsenergie zu erzeugen. Damit wurde das Ziel des „Scientific breakeven“ um den Faktor 1,5 übertroffen. Das Ergebnis fand international große Beachtung als Meilenstein für die Entwicklung der Fusionsenergie. Kritiker warfen ein, dass trotz des beachtlichen Erfolgs damit dennoch nur etwa 1% der für die Erzeugung des Laserpulses aus dem Stromnetz erforderlichen elektrischen Energie erzielt worden sei. Für den verbleibenden Faktor 100 – und die zahlreichen weiteren ungelösten Probleme – sei noch ein weiter Weg zu gehen. --Sonnenfleck (Diskussion) 18:06, 21. Jan. 2023 (CET)

Sorry, hatte das auf der Disk noch nicht gelesen, aber halte diese Verwirrung, dass die militärische Laserfusionsexperimente des NIF im Bezug auf Energieversorgung mit ziviler Magnetfusion vergleichbar seien, für reine Irreführung. Daher der Revert. habitator terrae 14:48, 29. Jan. 2023 (CET)

Ich respektiere deine persönliche Auffassung, dass die NIF-Experimente "keinen wirklichen Nutzen für Energieversorgung" haben. Ich stimme persönlich auch der Auffassung zu, dass eine Reaktoreignung der Trägheitsfusion - zumindest in dieser Form mit D-T - damit noch längst nicht gezeigt ist. Die Kritikpunkte, die ich persönlich auch für echte Hindernisse halte, habe ich ja deshalb mit aufgeführt. Sie werden auch berechtigterweise in der von dir aufgelisteten Quelle aufgeführt - wie auch in der von mir angegebenen zu "Kritik" ("Won't lead to practical fusion). Auch habe ich nicht behauptet, dass die NIF-Ergebnisse mit der Magnetfusion vergleichbar seien, sondern nur, dass letztere nicht mehr "deutlich voraus" sei, worüber man natürlich diskutieren kann. Von der wissenschaftlichen Seite her geht es in der Trägheitsfusion um das Übertreffen des Lawson-Kriteriums" und hohem gain, während der Fortschritt bei der Magnetfusion anders nicht an diesem Kriterium gemessen werden kann. Es trifft auch nicht zu, dass die NIF-Experimente "militärische Laserfusionsexperimente" sind, wenngleich der offensichtlich duale Nutzen berechtigte Bedenken auslöst - nicht nur bei dir. Der Artikel erwähnt ja auch deutlich an anderer Stelle die für den Bau von NIF überwiegende militärische Finanzierung.

Da Wikipedia kein Marktplatz für persönliche Meinungen sein soll, habe ich die von mir vorgeschlagenen Änderungen eine Woche in die Diskussionsseite gestellt und sie erst heute in die Artikelseite geschoben, nachdem sich niemand gemeldet hatte - auch du leider nicht. Natürlich hätte man gut über einzelne Formulierungen und Punkte diskutieren können - wie etwa "deutlich voraus" etc..

Ich halte es daher für angemessen und Wikipedia-konform, wenn du den Revert wieder rückgängig machst und in eine echte Diskussion auf der Diskussionsseite einsteigst über die Punkte, die dir wichtig sind. --Sonnenfleck (Diskussion) 16:12, 29. Jan. 2023 (CET)

Dann halt anders ausgedrückt, Bob Rosner (nichich): It’s basically—it’s B[***]S[***], right?

Die "Kritiker" bilden hier schlicht Wissenschaft ab, während die Darstellung als angeblicher "Meilenstein für die Entwicklung der Fusionsenergie" auf nicht-wissenschaftlicher Berichterstattung über eine parteiische Informationsquelle (DOE) beruht.

habitator terrae 16:41, 29. Jan. 2023 (CET) PS: Soweit zu den Fakten. Wenn Du mich nach meiner persönliche Meinung fragst, haben wir hier ein Beispiel einer ziemlich effektiven Propagandaaktion vorliegen.

Erneute Umstrukturierung von 4 Forschungsüberblick

Die jüngste Aufregung um Trägheitsfusion, vor allem lasergetrieben, berechtigt m.E. eine Neustruktierung.

Nachdem die Hype um 4.3 Lasergetriebene Proton-Bor-Fusion sich wieder abgekühlt hat (selbst Marvel Fusion ist auf D-T-Fusion umgestiegen) schlage ich als Erstes vor, diesen Abschnitt zurückzustufen zu 4.1.4 Proton-Bor-Fusion und das jetzige 4.1.4 Aktuelle Untersuchungen in das bestehende 4.1.3 HiPER (EU) zu integrieren, das dann umbenannt wird in 4.1.3 HiPER / Fast Ignition. Zudem schlage ich vor, einen neuen Abschnitt 4.3 Aktuelle Entwicklungen den neueren Projekten in der Kategorie (Startups etc.) zu widmen. Letzteres kann dann - je nach Weiterntwicklung in Unterabschnitte aufgeteilt werden.

Ich schlage vor Rückmeldung binnen 1 Woche und keine nachherigen wilden Eingriffe nach erfolgter Umstruktierung.

--Sonnenfleck (Diskussion) 09:46, 15. Okt. 2024 (CEST)