Vorwort
Ziel dieses Referates war eine Technikfolgenabschätzung zur Kernfusion. Durch
die Aktualität dieses Themas war es anfänglich außerordentlich schwierig an
geeignetes Material zu gelangen. Die meisten Artikel in Fachzeitschriften
waren rein technischer Natur und konnten uns bei unseren Fragestellungen kaum
weiterhelfen. Besonders auffällig war die einseitige Information, da fast alle
Artikel von an den Fusionsprogrammen beteiligten Forschern stammen. Es lagen
nur wenige kritische Unterlagen vor.
Besonders hervorzuheben ist die Hilfe des Bundesministeriums für Forschung
und Technik und des Kernforschungszentrums in Karlsruhe. Es ließen sich
sowohl telefonisch viele Fragen klären, des weiteren war man uns durch die
Übersendung von Fachspezifischem Unterlagen und Studien sehr behilflich.
Die Entwicklung der Fusionsforschung
Die Fusionsforschung begann gleich nach dem II. Weltkrieg mit viel Optimismus,
denn es herrschte vor allem in Amerika der Glaube, dass man die Kernfusion mit
einem ähnlich großen materiellen Aufwand wie im Manhattan Projekt entwickeln
und zur Serienreife bringen könnte. Die ersten Anstrengungen wurden unabhängig
voneinander und unter strenger Geheimhaltung in den USA, der UdSSR und GB
betrieben. Da die grundlegenden Probleme unterschätzt wurden kam es zur
Aufhebung der Geheimhaltung zugunsten internationaler Zusammenarbeit und
Neuorientierung der Strategie: nicht mehr die Konstruktion eines Reaktors,
sondern Probleme der Plasmaphysik standen für die kommenden zehn Jahre mehr im
Vordergrund der Forschung.
Die Fusionsforschung ist aus der Forschung an der Wasserstoffbombe
hervorgegangen. Die Wasserstoffbombe stellt den Beweis der Möglichkeit der
Kernfusion dar, jedoch ist diese Fusionsreaktion unkontrolliert. Direkter
Nachfolger, zunächst streng geheim gehalten, war die laserinduzierte
Trägheitsfusion. Mit Hilfe der Pellets sollte die Explosion der
Wasserstoffbombe im kleinen simuliert werden. Dies und auch die starken Laser,
die mit dieser Technik verbunden sind, bilden mögliche Grundlagen für SDI. Die
Forschungen an der Laserfusion wurden jedoch schließlich der zivilen Fachwelt
geöffnet und dem zivilen Ziel der Energieforschung unterstellt. Jedoch hing
diesem Projekt immer der militärische Aspekt an, mit dem sich viele Forscher
nicht in Verbindung sehen wollten. So begann man nach anderen Wegen der
Energieerzeugung durch Kernfusion zu forschen. Anfang der Fünfziger Jahre
hatte die Sowjetunion bereits erste Tokamak-Programme gestartet. Schon früh
kam es hier zu einem Gedankenaustausch unter den Nationen. Japan und USA wie
auch die europäischen Staaten begannen Fusionsprogramme im Bereich des
magnetischen Einschlusses. Die Forschungsergebnisse veranlassten die
Beteiligten zu ersten Prognosen über die Realisierung der Kernfusion. So sagte
1955 der Präsident der Genfer "Atoms for Peace" Konferenz, dass die
Fusionsforschung 20 Jahre zur Lösung der Probleme brauchen würde.
Dass dieser Zeitraum eindeutig zu kurz gewählt war, zeigte sich schon bald.
Diverse Experimente in den verschiedenen Bereichen des magnetischen
Einschlusses sowie der Laserinduzierten Fusion ergaben neue Probleme und damit
eine Revision der Prognosen: 1978 stellt man fest, dass die in den
Experimenten erreichten Plasmaparameter innerhalb von Fünf Jahren um den
Faktor zehn gesteigert werden konnten, was bedeuten würde, dass der
"Breakeven", als der Punkt mit ausgeglichener Energiebilanz 1981 - 82 zu
erreichen sei und dass noch deutlich vor 2030 die Fusionsreaktoren einen
nennenswerten Anteil an der Energieversorgung nehmen würden.
Am 1.6.1978 wird die JET-Gruppe gegründet, die die Entwicklung, den Bau und
die Forschung für das auf 12 Jahre ausgelegte JET-Projekt übernehmen sollte.
Am 25.6.1983 wird das erste Experiment im JET durchgeführt. Ziel des Projektes
soll in einer späteren Ausbauversion des JET ein Brennzyklus von 20 s sein.
Etwa zur gleichen Zeit wie JET, teilweise einige Jahre später, teilweise früher
laufen Projekte der UdSSR, Amerikaner und Japaner mit Namen T-15, TFTR und
JT-60 an, die in der Größenordnung von JET liegen und ähnlich nahe dem Lawson
Kriterium kommen, jenem Punkt, an dem thermonukleares Brennen einsetzt. Die
Zielsetzungen der Projekte sind geringfügig unterschiedlich, gemeinsames Ziel
ist es jedoch, zu thermonuklearem Brennen in Zeiten bis zu 100 s zu gelangen.
Bei allen Projekten handelt es sich um Tokamaks.
Seltsamerweise erst Ende der 80er Jahre beginnen Forschungen zur Sicherheit
der Tokamaks. TESPE, ein Projekt der Kernforschungsanlage Karlsruhe (KfK),
stellt ein verkleinertes Modell für einen Fusionsreaktor dar und ist neben
Experimenten zu Wandmaterialien auch um die Erforschung von Störfällen bemüht,
unter anderem bezüglich der "Disruption", also dem plötzlichen Zusammenbrechen
des Manetfeldes. Die Probleme und Ergebnisse, die die Forscher aus Projekten
wie JET ziehen, erzwingen eine erneute Revision der Prognosen bezüglich der
ersten Fusionskraftwerke. Erst 2050, also Mitte des nächsten Jahrhunderts,
wird die Kernfusion beginnen, einen Marktanteil an der Energieerzeugung zu
erlangen. Und noch länger wird es dauern, bis ein nennenswerter Anteil der
Energie aus Fusionsreaktoren kommen wird.
Nichts desto trotz ist bereits die Planung des nächsten Projektes in Angriff
genommen. ITER - der Internationale thermonukleare Experimental-Reaktor wird
1987 ins Leben gerufen. Er soll der letzte Versuchsreaktor vor Erstellung des
DEMO-Reaktors sein. Letzterer soll in ca. 30 Jahren als erster
funktionsfähiger und Strom erzeugender Reaktor die wirtschaftliche Produktion
von Strom mittels Kernfusion demonstrieren. ITER selbst soll ab 1997 gebaut
werden, 2004 fertig gestellt sein und 2005 in Betrieb gehen. Seine Leistung
soll bereits 1000 MW betragen. Durchgeführt wird dieses Projekt von den USA,
GUS, Japan und der EG. Wissenschaftliche Erkenntnisse von allen Großanlagen
der beteiligten Staaten fließen in dieses Projekt.
Internationale Forschungsprogramme
übersicht
Es gibt weltweit vier institutionell geführte Zentren der
Kernfusionsforschung. Sie sind in ihrer Größe etwa gleich und arbeiten
parallel an ähnlichen Forschungsprogrammen. Dem übergeordnet sind drei
internationale Expertengruppen (USA, Japan, Deutschland - Jülich), welche
einen technologischen Austausch verwirklichen sollen.
Die Studiengruppe INTOR, bestehend aus europäischen, japanischen, sowjetischen
und amerikanischen Wissenschaftlern erarbeiten im Auftrage der Internationalen
Atomenergiebehörde in Wien (IAEA) ein weltweites Gemeinschaftsprojekt (ITER -
Internationaler Thermonuklearer Experimenteller Reaktor). Deutschlands
Forschung wird weltweit als führend angesehen und hat gute Chancen für eine
führende Beteiligung am ITER Projekt, evtl. auch Standort für den ITER-Reaktor
zu werden.
Europa/Deutschland
1958 wurde in Europa ein gemeinsames Forschungsprogramm EURATOM gegründet.
Ziel ist ein Demonstrationsreaktor DEMO (in etwa vierzig Jahren), der die
prinzipielle Machbarkeit der Energiegewinnung durch Kernfusion deutlich machen
soll.
Es gibt zwei gemeinsame Forschungseinrichtungen, die Gemeinsame
Forschungsstelle (GFS) und der in Culham aufgestellte Tokamak "Joint European
Torus" (JET, Baukosten etwa eine Mrd. DM). Das Nachfolge Projekt, der "Next
European Torus" (NET), soll dann letztes Zwischenprojekt zum DEMO sein.
Ansonsten sind die Programme auf die einzelnen Mitgliedsstaaten verteilt.
Getragen werden die Forschungen von dem Haushalt der EG und den Haushalten der
einzelnen, nationalen Forschungseinrichtungen.
Hauptforschungsgegenstand sind magnetische Einschlusskonzepte, alternative
Einschlusskonzepte werden nur mit etwa 10% unterstützt.
Hauptforschungseinrichtungen in Deutschland sind hauptsächlich das IPP
(Institut für Plasmaphysik in Garching mit Tokamak ASDEX, Stellerator
Wendelstein), KfK (Kernforschungszentrum Karlsruhe) und das KFA
(Kernforschungszentrum in Jülich). Sie sind in dem Europäischen
Forschungsprogramm vollständig integriert.
KfK und IPP gründeten 1982 eine Entwicklungsgemeinchaft zur Kernfusion.
USA
Die Kernfusionsforschung in den USA ist organisiert und überwacht von
Department of Energy. Die Programme verteilen sich auf
Großversuchseinrichtungen (Hauptteil), Universitäten und einige privat
unterstützte Forschungseinrichtungen.
Es steht weltweit der größte Etat zur Verfügung. Die Programme sind aber in
kurze Abschnitte aufgeteilt, so dass der Etat dynamisch, unstetig vergeben
wird.
Als Versuchseinrichtungen stehen mehrere kleinere Tokamak-Experimente, ein
MIGMA Experiment und ein Tokamak-Reaktor in Princeton (von der Größe mit JET
vergleichbar) und Trägheitseinschluss-Versuche (militärisches Interesse) zur
Verfügung.
GUS
Versuchseinrichtungen sind ausschließlich staatlich unterhalten und
koordiniert. Schwerpunkt ist hier die Plasmaphysik. Es wird an Programmen zur
Tokamaktechnik (favorisiert) und zum MIGMA gearbeitet.
Japan
Die japanischen Versucheinrichtungen werden von mehreren Ministerien getragen
und von einem übergeordneten, nationalen Gremium (JAERI) koordiniert. Private
Firmen unterstützen die Forschungen beträchtlich durch die Entwicklung von
benötigten Spezialtechniken (supraleitende Spulen, Vakuumtechnik,
Plasmaheizung) Forschungseinrichtungen sind Großanlagen (Tokamak JT-60),
diverse Einrichtungen der Universitäten und private Firmen. Es wird parallel
an verschiedenen Einschlussverfahren und der Weiterentwicklung der
magnetischen, toroidalen Einschlusstechniken gearbeitet.
Diskussion möglicher Technischer Ansätze
übersicht
Der Kernfusion liegt eine Reaktion zwischen zwei Wasserstoffisotopen , z.B.
Deuterium und Tritium, zu Grunde: 2H+ + 3H+ « 4He2+ + n0. Bei dieser Reaktion
wird, nach dem Gesetz für den Massendefekt von A. Einstein, Energie frei. Um
die Verschmelzung der Wasserstoffkerne zu Heliumkernen zu starten, muss das
Wasserstoffgas auf eine Temperatur von über 100 Millionen Grad Celsius erhitzt
werden (200 Mio. Grad wurden schon erreicht). Zum Vergleich: Die Sonne hat auf
ihrer Oberfläche eine Temperatur von 5500 C und in ihrem Innern 15.000.000 C.
Es entsteht dabei ein so genanntes Plasma, ein Gemisch aus freien
Wasserstoffionen und freien Elektronen.
Es wird mit Plasmen gearbeitet, die aus nur 1g Wasserstoffionen besteht. Die
Thermische Energie des heißen Wasserstoffplasmas reicht aus, um 100 kg Stahl
zu verdampfen.
Um mit diesen hohen Temperaturen arbeiten zu können werden die Plasmen und
ihre thermische Abstrahlung mit Magnetfeldern, deren Stärke das 100.000 fache
des Erdmagnetfeldes übersteigen, im Vakkuum eingefangen.
Bei den meisten Techniken treten energiereiche Neutronen auf. Da sie sich
nicht durch Magneten auf eine definierte Bahn zwingen lassen, treffen sie auf
das das Plasma umgebende Material und sind für dessen Verstrahlung
verantwortlich. Sie werden aber dazu benutzt, um mit Lithium das meist
benötigte Tritium herzustellen.
Prinzipiell kann man zwischen vier Techniken der Kernfusion unterscheiden: Die
Induzierte Trägheitsfusion, die Fusion mit magnetischem Einschluss, die kalte
Kernfusion und die Fusion aus der Teilchenbeschleunigertechnik.
Fusion mit magnetischem Einschluss
Die Fusion mit magnetischem Einschluss findet in geschlossenen Vakuumkammern
statt. Das Gas, bestehend aus Wasserstoff, Deuterium oder Tritium oder
Kombinationen dieser Stoffe, wird in dieser Kammer auf 50 bis 400 Millionen
Grad erhitzt und liegt dann als Plasma vor, d.h. das Gas ist vollständig
ionisiert. Durch Magnetfelder wird das Plasma auf eine Bahn gezwungen, die
verhindert, dass das Plasma die Wand berührt. Unter hohem Druck und Temperatur
kommt es schließlich zum thermonuklearen Brennen.
Allgemein ergeben sich beim magnetischen Einschluss folgende Probleme:
* Durch die Schwierigkeiten beim Plasmaeinschluss und durch Verunreinigungen
kommt es zu Energieverlusten
* Durch Neutronenbeschuss wird das Reaktormaterial radioaktiv
* Die extremen Bedingungen führen zu hohen Materialermüdung und damit zu
hohen Kosten
* Grosse gespeicherte Energiemengen in den Magnetfeldern und radioaktives
Inventar stellen ein Gefahrenpotential dar.
* Hoher Energiebedarf beim Betrieb durch die benötigte Heizung und Magnete
(300MW Verbrauch einer mittleren Großstadt!!).
Beim Magnetischen Einschluss gilt es noch, drei Reaktortypen zu unterscheiden:
Stellaratoren
Hier ist das Reaktorgefäß ähnlich wie beim Tokamak eine ringförmige Röhre,
also ein Torus. Das Plasma fließt hier im Kreis, wobei es durch geeignete
Magnetfelder in sich verwunden wird, um Abstrahlungsverluste zu minimieren.
Diese zusätzlichen Magnetfelder verkomplizieren die Technik des Reaktors. Auch
erreicht man derzeit nicht den gewünschten Einschlussgrad (Produkt aus Druck
mal Zeit).
Der Stellerator ist aber für die Konstruktion eines Energie liefernden Reaktors
dadurch sehr interessant, da er sich zum kontinuierlichen Betrieb eignet (vgl.
Tokamak).
Tokamak
Tokamak ist eine Abkürzung für die Russische Bezeichnung von Toroidkammer im
Magnetfeld. Beim Tokamak handelt es sich um einen Torus, in dem das Plasma im
Kreis fließt (vgl. Stellerator). über äußere Spulen wird ähnlich wie bei
einem Transformator ein Strom im Plasma induziert. Durch diesen Strom werden
die Abstrahlungsverluste minimiert, so dass kein Magnetfeld für die Verwindung
des Plasmas notwendig wird. Zusätzlich stellt der Strom im Plasma eine
Heizmethode dar. Mit den Tokamaks ist man den Bedingungen für
selbst erhaltendes thermonukleares Brennen bisher am nächsten gekommen, was
vielleicht aber auch daran liegt, dass hier die intensivsten Forschungen
getätigt werden.
Als Hauptnachteil des Tokamak ist zu nennen, dass er sich nicht für einen
kontinuierlichen Betrieb eignet, sondern regelmäßig wieder neu mit Plasma
aufgeladen werden muss (vgl. Stellerator), was auch eine extreme Belastung der
Anlage ausmacht.
Spiegelmaschinen
Das Reaktorgefäß bildet eine gerade Röhre. An den Enden wird das Plasma durch
entsprechende Magnetfelder in seiner Flussrichtung reflektiert. Bei der
Reflexion an den Ende kommt es zu erhöhten Energieverlusten.
MIGMA-Konzept
Bei dem MIGMA-Verfahren werden aus einem Teilchenbeschleuniger Teilchen (z.B.
Deuteronen und Trionen) wiederholt zur Kollision gebracht und verschmelzen. Es
ist mit diesem Konzept auch eine Fusion zwischen Protonen und dem Bor-11
Isotops möglich. Es entstehen vier energiereiche Alphateilchen (4He2+).
Das besondere an diesem Ansatz ist, dass kein radioaktives und toxisches
Tritium benötigt wird und keine Neutronen entstehen, welche für die
unerwünschte Radioaktivität verantwortlich sind.
Hauptproblem bei dieser Technik sind laut KfK die Energieverluste der Teilchen
durch die entstehende Synchrotronstrahlung.
Leider wird diese von einigen Physikern für genial gehaltene Technik weltweit
ignoriert. Es werden zur Weiterentwicklung trotz ansehnlicher Anfangserfolge in
den 70 Jahren nicht genügend Fördermittel zur Verfügung gestellt. Grund
hierfür könnte sein, dass bei dieser Reaktion keine energiereichen Neutronen
entstehen, die zu dem sehr interessanten Nebenprodukt, dem spaltbaren
Material, führen.
Induzierte Trägheitsfusion
Ein Gemisch aus Deuterium und Tritium wird von einer kleinen kugelförmigen
Hülle umgeben. Diese 1mm großen Kügelchen (Pellets) werden im Vakuum mit
einem Hochenergielaser oder einem Leicht- oder Schwerionenstrahl beschossen.
Bei der so herbeigeführten Implosion wird das Wasserstoffgemisch auf ein
fünfzigstel seines Volumens komprimiert. Die extreme Erhitzung lässt das
fusionierende Plasma entstehen.
Durch Simulationen ließ sich ermitteln, dass der thermonukleare
Energieausstoß typischerweise das Hundertfache der Laserenergie beträgt.
Hauptproblem ist die Konstruktion der benötigten kurzwelligen Hochenergielaser
bzw. Beschleuniger. Des weiteren entstehen auch hier hochenergetische
Neutronen.
Die Konstruktion eines Energie gewinnenden Reaktors, der z.B. zehn Pellets pro
Sekunde zünden würde, wäre denkbar.
Kalte Kernfusion
Die Reaktion wurde aus theoretischen Überlegungen schon in den vierziger
Jahren von F. Frank und Andrej D. Sacharov vorhergesagt und 10 Jahre später
durch einen Zufall von Luis W. Alvarez experimentell nachgewiesen.
Bei der kalten Kernfusion oder auch Myon-katalysierten kalten Kernfusion kann
man die hohen Temperaturen und riesigen Versuchsaufbauten umgehen. Die kalte
Kernfusion läuft bei Temperaturen ab 13 bis über 1000 Kelvin in festen,
flüssigen oder gasförmigen Medien ab.
Die Reaktion kann in einer einfachen mit Tritium und Deuterium gefüllten
Kammer durchgeführt werden. Hierzu lässt man negative Myonen in die Kammer
eindringen. Die Myonen stellen durch besondere Stossprozesse enge Bindungen
zwischen den Wasserstoffmolekülen her. Die so myonisch gebundenen Kerne
verschmelzen und es wird Energie in Form von Wärme frei. Die Myonen werden
dabei wieder freigesetzt und können unter bestimmten Bedingungen weitere
Fusionen katalysieren.
Myonen kann man künstlich mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern erzeugen. Damit
ein Myon mehrere Kernfusionen katalysieren kann, sind hohe Energien für dessen
Erzeugung notwendig.
Leider wird mehr Energie benötigt, um die Reaktion ablaufen zu lassen, als
später frei gesetzt wird. Die kalte Fusion ist zur Zeit nur für die
Grundlagenforschung interessant. Es gibt bis heute keine reproduzierbare
Versuchsanordnung mit positiver Energiebilanz.
Aspekte der TA Kernfusion
Technologischer Aspekt
Ziel der weltweiten Fusionsprogramme ist die konkrete Konstruktion eines
Reaktors. Die prinzipielle Realisierbarkeit eines Energie liefernden Reaktors
ist nicht geklärt. Es wird gehofft, dies in sechs bis zehn Jahren beantworten
zu können. Strategie hierbei ist die der wahrscheinlichsten Widerlegung, d.h.
man versucht die Unlösbarkeit zu beweisen. Einige Experten schätzen sogar,
dass ein wirtschaftlich arbeitender Reaktor, ohne generelle konzeptionelle
Änderungen der Fusionstechnik, ausgeschlossen ist. Die früheste Realisierung
wird in 50 bis 60 Jahren angenommen.
Es muss dabei das so genannte thermonukleare Brennen hervorgerufen werden, d.h.
ein Plasmagemisch muss in einen Zustand gebracht werden, in dem die Umsetzung
von Wasserstoff zu Helium kontrolliert und kontinuierlich vollzogen wird.
Die immanenten Probleme bezüglich der Realisierung oder einer Vorhersage
werden durch die nichtlinearen physikalischen Phänomene des Plasmas
hervorgerufen. Hieraus entspringen zwei fundamentale Hindernisse:
* Es ist nicht möglich einen kleinen Versuchsreaktor zu bauen und dann auf
ein größeres Modell hochzurechnen. Vorhersagen sind nur an einem der
Größe des Endreaktors entsprechenden Testreaktors zu erproben (immense
Kosten),
* die derzeitig zur Verfügung stehende Computerleistung reicht bei weitem
nicht aus, um eine Simulation mit allen Parametern zu errechnen (zwingende
experimentelle Forschung).
So entstanden bei der Forschung immer neue unvorhergesehene Probleme, die die
zeitlichen Prognosen über die Verwirklichung der Programme sich nie
bewahrheiten ließen.
Um einen Fusionsreaktor zu konstruieren, müssen parallel zur eigentlichen
Plasmaphysik eine Vielzahl andere Techniken entwickelt werden, die auch für
andere Anwendungsgebiete von Nutzen sein könnten (supraleitende Magneten,
Radiosender im Höchstfrequenzbereich, intensive Teilchenstrahler,
Vakuumtechnik, etc.). Wobei die Resultate dieser Forschungstätigkeiten
wissenschaftlich als eher gering eingestuft werden.
Dadurch, dass die Fusionsprogramme ausschließlich institutionell koordinierte
Großprojekte sind, sind die Bau-, Planungs- und Anhörungsphasen so lang, dass
die angewandten Techniken, nach Beendigung eines Programms wieder überholt
sind.
ökonomischer Aspekt
Zur Zeit werden in Amerika, Asien und Europa jährlich etwa zwei bis drei Mrd.
DM für funktionsfähige Fusionsreaktoren ausgegeben. Von der Kommission der EG
wurde das nächste europäische Fünf-Jahres-Programm mit Aufwendungen von
insgesamt 1,5 Mrd. Rechnungseinheiten (das entspricht etwa 4 Mrd. DM)
vorgeschlagen.
Nach heutiger Absicht werden nur die Flagschiffe des amerikanischen und des
europäischen Forschungsprogramms, nämlich TFTR und JET, bereits Tritium
verbrennen und damit Eigenschaften eines echten Fusionsfeuers demonstrieren.
Die Radioaktivierung ihrer Bauteile erfordert Abschirmungen und die Anwendung
fernbedienter Spezialwerkzeuge für Reparaturen und zur Manipulation von
Komponenten. Die INTOR-Studie (INTOR = International Tokamak Reactor), die von
Europa, Japan, UdSSR und USA gemeinsam ausgearbeitet wurde, geht über TFTR und
JET noch hinaus und ist Symbol für die ersten Gehversuche auf dem Weg zu einem
wirklichen Reaktor. Die letzte Entwicklungsstufe vor der kommerziellen Nutzung
wäre die Demonstration eines ökonomischen Systems; diese liegt noch gut 30
Jahre vor uns. Ein nennenswerter energiewirtschaftlicher Beitrag der
Kernfusion ist wohl erst in 50 Jahren zu erwarten.
Deutschland finanzierte 1985 etwa 140 Millionen DM pro Jahr in eigene
Fusionsprojekte und noch einmal 100 Millionen DM pro Jahr über die EG in das
internationale Fusionsprogramm.
Der Bau und 20 jährige Forschungsbetrieb von NET wird voraussichtlich fünf
Milliarden ECU (1 ECU + 2,23DM, '85) kosten. Auf Deutschland fällt ein Anteil
von fünf Milliarden DM (innerhalb von 20 Jahren).
Vergleich:
Ein Bau eines Leichtwasserreaktors kostet etwa fünf Milliarden DM.
Um sicherzugehen, dass man für die Aufwendungen der Forschung auch den
wirtschaftlichen Nutzen ziehen kann, wird vorgeschlagen, die
Internationalisierung der Forschung auf einen Wirtschaftsraum zu
konzentrieren.
Einer Einschätzung der Wirtschaftlichkeit von Fusionsreaktoren ist nicht sehr
einfach. Es existiert noch kein funktionsfähiger Reaktor, der eine fundierte
Kosteneinschätzung ermöglichen würde. Dies ist nach derzeitiger Einschätzung
nicht vor dem Jahr 2050 zu erwarten. Ein Vergleich der verschiedenen
Kraftwerkstypen müsste sich auf diesen Zeitpunkt beziehen. Wie sich jedoch die
Rohstoffpreise, Endlagerkosten und Steuern für die bisherigen Energieträger
entwickeln werden, ist nur unsicher abzuschätzen.
Nach derzeit gängigen Schätzungen würden die Anlagenkosten für einen
Fusionsreaktor zwei bis dreimal höher sein als bei einem Spaltreaktor und
wesentlich höher als bei einem Brutreaktor. Auch liegt die Verfügbarkeit der
Fusionsreaktoren unter der von Spaltreaktoren, da Fusionsreaktoren häufiger
gewartet werden müssen (Wandwechsel), wegen ihrer großen Komplexität
störanfälliger sind und die Energieerzeugung in relativ kurzen Zyklen abläuft.
Um gegenüber diesen Reaktoren wirtschaftlich konkurrieren zu können, muss ein
Fusionsreaktor also niedrigere Brennstoffkosten, höhere Zuverlässigkeit,
höhere Sicherheit und geringere Endlagerkosten aufweisen. Dies bedeutet, dass
u.a. das Problem der geringen Wandlebensdauer gelöst werden muss.
Es ist jedoch nach wie vor nicht sicher, ob die Forschung schließlich einen
funktionsfähigen Reaktor erbringen wird. Zwar ist eine Erweiterung des
Fusionsprogramms auf andere Reaktortypen nur mit einer geringen
Budget-Steigerung möglich, da sich die Forschungsergebnisse weitgehend
transformieren lassen, jedoch stellt sich die Frage, ob die Fusionsforschung
neben ihrem eigentlichen Ziel noch weitere Erkenntnisse von solcher Bedeutung
erbringt, dass sie die hohen Forschungsgelder rechtfertigt. Die
Fusionsforschung erbringt neue Erfahrungen und Ergebnisse im bereich
Mikrowellen-, Vakuum- und Magnetbautechnik, jedoch ist die Bedeutung, die
diesen Erkenntnissen beigemessen wird, eher gering. Sie würden bestenfalls den
beteiligten Firmen Marktvorteile gegenüber Konkurrenten einräumen, was
hinsichtlich der starken japanischen und amerikanischen Industrie bedeutsam
sein kann. Nebenprodukte der Forschung, wie sie sich zum Beispiel in der
"Teflonpfanne der Weltraumforschung" finden, sind bei der Kernfusionsforschung
nicht zu erwarten. Spin-off-Effekte sind wegen des eng begrenzten
Aufgabenfeldes nicht zu erwarten.
In Anbetracht der bekannten Probleme und der langen Bauzeiten, bedingt durch
die große Komplexität der Fusionsreaktoren, ist nicht vor 2050 damit zu
rechnen, dass Fusionskraftwerke nennenswert zur Energieversorgung beitragen,
und auch danach wird der Anteil nur langsam steigen und nicht über den, der
heute von Spaltreaktoren erbracht wird, hinausgehen. Dies liegt auch darin
begründet, dass Fusionsreaktoren wegen der hohen Anlaufzeiten und der geringen
Verfügbarkeit nur als Grundlastkraftwerke geeignet sind.
Eine Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit der Fusionskraftwerke enorm zu
steigern, ergibt sich aus der Brutfähigkeit der Reaktoren. Pro Energieeinheit
erzeugen Fusionsreaktoren zehnmal mehr Neutronen als Spaltreaktoren, die zudem
noch energiereicher sind. Einbringen von uran- oder thoriumhaltigen
Materialien in die Reaktionskammer würde eine Erbrütung spaltbaren Materials
ermöglichen. Mit dem so erbrüteten spaltbaren Materialien ließen sich zehn
Spaltreaktoren gleicher Leistung betreiben, bei hoch konvertierenden Reaktoren
(Brutreaktoren) sogar 40 - 60. Man geht sogar soweit, dass sich die
Fusionsreaktion zum Erbrüten von Material lohnen würde, selbst wenn der
Fusionsreaktor nicht zur Energieproduktion direkt benutzt werden würde, ja
selbst, wenn der Reaktor nicht selbst erhaltend thermonuklear brennen würde,
also getrieben werden müsste.
Einen ökonomischen Faktor stellt die Förderung der Forschung dar. Die
bereitgestellten Mittel fließen über die Forschungszentren an die Industrie,
welche die Teile für Reaktoren, Versuchsanordnungen etc. produziert. Dies
stellt einen wirtschaftlichen Faktor dar, der sogar zu Überlegungen führt,
Länder, in denen die Reaktoren gebaut werden, verstärkt zur Finanzierung des
gemeinsamen Forschungsprojektes heranzuziehen.
In den USA wird ein erheblich größerer Teil der Forschungsunterstützungen von
der Industrie aufgebracht. Insgesamt fördern die USA die Fusionsforschung mit
über 500 Mio. US-$ jährlich. Japan hat ein sehr ehrgeiziges
Fusionsforschungsprogramm und fördert dies jährlich mit einem Etat, der dem
gesamteuropäischen gleichkommt. Hier werden ebenfalls nennenswerte Beiträge
von der Industrie geleistet. Dies liegt jedoch auch an der zum Teil engen
Verknüpfung von Industrie und Universitäten. Den zeitlichen Verlauf der
Förderprogramme kann man der Abbildung 1 entnehmen.
ökologischer Aspekt
Ein Beweggrund für die Suche nach neuen Energiequellen ist die Reduzierung des
CO2-Ausstosses, da dieses Gas erheblich zum Treibhauseffekt beiträgt. Hier
jedoch liegen die Chancen für einen Fusionsreaktor, zu dieser Problematik
positiv beizutragen, nicht sehr gut. Zum einen liegt der Anteil der gesamten
Energieproduktion am CO2-Ausstoss bei ca. 20%, zum anderen wird der
Fusionsreaktor nicht als Ersatz für Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen
angesehen, sondern als weitere nukleare Option. Dies liegt in der technischen
Natur des Fusionsreaktors begründet, in seiner niedrigen Verfügbarkeitszeit
und langen Anlaufzeit. Nicht zuletzt ist mit Fusionsreaktoren derzeit nicht
vor 2050 zu rechnen, so dass bereits vorher Wege zur Verminderung des
Treibhauseffektes gefunden werden müssen. Auch für einen Einsatz in
Entwicklungsländern, wo der Bedarf an Energieversorgung in nächster Zeit stark
steigen wird, ist der Fusionsreaktor wegen der Komplexität, der späten
Verfügbarkeit und den hohen Kosten eher ungeeignet. Studien, welche den
Vorteil der Fusionsreaktoren gegenüber den Spaltreaktoren hinsichtlich des
CO2-Ausstosses bei Förderung und Produktion der Brennstoffe und Materialien
untersuchen, liegen leider nicht vor.
Fusionsreaktoren benötigen zum Erreichen der Fusionsparameter bei derzeitiger
Technik giftiges Beryllium. Die Handhabung und Verarbeitung ist durchführbar,
wie JET beweist. Inwieweit jedoch das Beryllium während des Reaktorbetriebes
nach außen gelangt, ist nicht bekannt.
An radioaktiven Materialien sind Tritium und durch Neutronenbeschuss
aktivierte Reaktormaterialien zu beachten. Die Eigenschaften des Tritiums sind
weitgehend erforscht. So liegen für das Tritiuminventar umfangreiche
Gefahrenstudien vor. Problematisch ist die Handhabung des Tritiums dadurch,
dass dieses Gas durch nahezu alle Materialien diffundiert, ganz besonders aber
durch die stark erwärmten Reaktorwände. Technische Lösungen hinsichtlich der
Gebäudeabdichtung sind teilweise vorhanden. Ein wichtiger und kaum
beherrschbarer Austrittspunkt für Tritium ist jedoch das Kühlsystem, da sich
einmal in das Kühlmittel gelangtes Tritium nicht wieder entfernen lässt.
Hinsichtlich der Strukturmaterialien des Reaktors sind Vorhersagen und
Risikoabschätzungen wesentlich schwerer aufzustellen, da noch kein endgültiges
Reaktorkonzept vorliegt. Die Reaktorwand wird durch Neutronenbeschuss
aktiviert und muss regelmäßig ausgewechselt werden, da der Neutronenbeschuss
auch zur Materialermüdung führt, unterstützt durch die extremen Bedingungen,
denen das Material ausgesetzt ist. So wurde zum Beispiel bei der ersten
erfolgreichen Fusionsreaktion im JET 1992 bei einem Tritiumanteil von 14% und 2
Sekunden Brennintervall die Reaktorwand so stark aktiviert, dass ein Betreten
erst nach mehreren Wochen wieder möglich war. Die Reaktorwand muss als
radioaktiver Müll gelagert werden, so dass sich auch hier ein
Entsorgungsproblem ergibt. Nach derzeitigen Einschätzungen wird die während
des Reaktorbetriebes anfallende Abfallmenge sehr groß sein, größer als die
eines Spaltreaktors. Jedoch ist der Abfall anders geartet als bei
Spaltreaktoren. Je nachdem, welche Materialien schließlich gewählt werden,
kann die Halbwertszeit des Mülls verhältnismäßig gering sein. Bei Verwendung
von Titan und Vanadium ließe sie sich so reduzieren, dass nach 30 - 50 Jahren
eine Wiederverwendung der Materialien oder gar des Mantels möglich wäre.
Dieser Vorteil wird jedoch deutlich geschwächt, wenn man beachtet, dass nach
derzeitigem Kenntnisstand ein Wandwechsel wohl alle zwei Jahre erforderlich
wäre, so dass trotz allem erhebliche Lagerkapazitäten erforderlich wären und
die Menge des radioaktiven Materials groß wäre. Hinsichtlich des
Gefahrenpotentials des Abfalls existieren noch keine detaillierten Studien.
Auch Störfallstudien gestalten sich noch schwierig, da noch keine endgültigen
Daten für einen Reaktor vorliegen. Gefahrenpotential bergen die starken
Magnetfelder und die in ihnen gespeicherte Energie. Ein plötzliches
Zusammenbrechen der Magnetfelder würde zu einer mechanischen Zerstörung des
Reaktors führen. Bei der derzeit geplanten Bauweise des Reaktorgebäudes
(Containment) mit mindestens 2,5 m dicken Wänden (auch zur
Strahlungsabschirmung) würde dies jedoch nicht zu einer Beschädigung desselben
führen und somit wäre ein Austritt des Radioaktiven Inventars
unwahrscheinlich. Ein Durchgehen der Fusionsreaktion (Leistungsexkursion), wie
sie bei Spaltreaktoren möglich ist, wäre bei Fusionsreaktoren ausgeschlossen,
da bereits geringe Verunreinigungen des Plasmas zum Erliegen der Reaktion
führen. Kleinere Störfälle, wie z.B. ein Leck im Reaktorgefäß, hätten
vergleichbare Folgen wie bei einem Spaltreaktor. Das Austreten radioaktiven
Materials innerhalb des Containments wäre durchaus möglich. Ein Austritt
radioaktiven oder toxischen Materials außerhalb des Reaktorgebäudes und damit
eine Gefährdung der Umwelt durch innere Einflüsse ist also nahezu
ausgeschlossen, nicht jedoch bei äußeren Einflüssen, die zur Zerstörung des
Containments führen würden. Des weiteren ist anzunehmen, dass im normalen
Betrieb die radiologischen Belastungen nicht niedriger als die eines
Spaltreaktors ausfallen werden.
Sehr bemerkenswert ist, dass Risikostudien nahezu überhaupt nicht durchgeführt
werden. Lediglich für Tritium wurden umfangreiche Studien angefertigt, wobei
dies auch von großem Interesse hinsichtlich der Tritiumhandhabung im
militärischen Bereich und in Spaltreaktoren ist. Selbst für JET wurden keine
umfangreichen Studien angefertigt, welche sich mit den Möglichen Auswirkungen
eines Störfalles beschäftigen. Erst Ende der 80er Jahre wurde an einem
verkleinerten Modell eines Fusionsreaktors Störfallforschung betrieben. Die an
diesem Testreaktor TESPE gesammelten Erkenntnisse ergaben eine weitgehende
Beherrschbarkeit der möglichen Störfälle, jedoch ist wie bei den meisten
Ergebnissen der Fusionsforschung eine Übertragung (Skalierung) auf größere
Reaktoren nur begrenzt oder mit Faustregeln möglich. Der Nutzen dieser Studien
ist also begrenzt. Allgemein wird darauf verwiesen, dass sich in großem
Umfange den Risikostudien erst zugewandt wird, wenn die plasmaphysikalischen
Probleme als lösbar gelten.
TESPE:
Der Kompakttorus TESPE steht in Karlsruhe, seine Aufgabe ist es Störfälle zu
simulieren und mögliche Schwachpunkte in der Konstruktion des Torus
aufzudecken. Er ist der erste seiner Art. TESPE ist ein verkleinertes Modell
der Magnetkonfiguration künftiger Großanlagen. Die bisher untersuchten
Störungen waren sowohl in ihren elektrischen wie in den thermischen und
mechanischen Konsequenzen sicher beherrschbar. Das Experimentierprogramm an
TESPE soll 1988 abgeschlossen werden. (Spektrum der Wissenschaft Juni 1987)
Sozialer Aspekt
Aus den Gesprächen mit zahlreichen Experten aus den Deutschen Plasmainstituten
gab es folgende Aussagen zu dem Sozialen Aspekt.
Auf der Seite der Wissenschaftler
In Fachkreisen wird diskutiert, ob die Öffentlichkeit überhaupt legitimiert ist
informiert zu werden. Die Argumentation hierbei ist, dass die Öffentlichkeit
aufgrund ihres mangelnden Wissens nicht in der Lage ist (wie auch das
Parlament), die Problematik, die den Entscheidungen zugrunde liegt, zu
durchschauen. Es wird bezweifelt, dass die in Erscheinung tretende Minderheit
repräsentativ für die Öffentlichkeit ist. Die Inhalte der Äußerungen dieser
Minderheit seien von anderen Prozessen gesteuert, die mit der tatsächliche
Meinung der Gesellschaft wenig zu tun haben. "Meiner Meinung nach muss die
Bevölkerung die wesentlichen Entscheidungen der Wissenschaft selbst
überlassen." (Wissenschaftlicher Direktor de IPP) . Als limitierender Faktor
ist hier das fehlende Vertrauen der Bevölkerung zur Wissenschaft zu sehen.
Nach Meinung der Experten gibt es im Moment genügend Techniker und
Wissenschaftler auf den relevanten Gebieten für die Kernfusionsforschung. Man
sieht aber eine große Gefahr falls die Geldmittel gekürzt werden, weil dann
der Anreiz, in die Plasmaphysik einzusteigen, immer geringer wird, was einen
Basisverlust bedeuten kann. Ebenso führt eine in ihrer Intensität abnehmende
Forschung insbesondere im Bereich der Hochschulen zu einer sinkenden Zahl von
Quereinsteigern. Da aber auch in näherer Zukunft kein erhöhter Personalbedarf
von Nöten sein wird, da eine Verkürzung der Entwicklungszeit durch eine
größere Mitarbeiterzahl für unwahrscheinlich gehalten wird, gibt es kein
Interesse an einer Aufstockung des Budgets. In einer denkbaren Auflösung der
Arbeitsgruppen in den Großforschungseinrichtungen und deren vollständigen
Einbindung in europäische bzw. internationale Großprojekte wird eine große
Gefahr für die Kontinuität der Forschung erkannt: Die Projektanbindung kann zu
einem fast vollständigen Informationsverlust insbesondere bei einem
Generationswechsel führen.
Ein weiteres Problem, das von den Experten genannt wurde, ist das es zu wenig
Anreizmechanismen in den Forschungseinrichtungen gibt. Außerdem die starre
Besoldungsstruktur nach den Beamtentarifen wird als veraltet betrachtet.
Außerdem ist die unentschlossene Haltung der Bundesregierung bemängelt
worden. Aus Sicht der Experten hat man noch nicht die Notwendigkeit der
kontrollierten Fusion verstanden. Führende Mitarbeiter in den
Forschungseinrichtungen fühlen sich immer mehr als "Kürzungsverwalter".
Änderungen der Rahmenbedingungen scheinen dringend erforderlich: Neben einer
flexibleren Handhabung des Beamtentarifs wird auch eine Angleichung des
wirtschaftlichen Vorsprungs ausländischer Gastwissenschaftler bei einer
länderübergreifenden Kooperation gefordert, um sozialen Frieden zu bewahren.
Wichtiger erscheint jedoch eine stärkere Motivation der Mitarbeiter durch
politische Willensbildung und eine Verbesserung von Organisationsstruktur und
Management.
Ein Dilemma für die Fusionsforscher besteht vor allem darin, dass sie nur
ungern auf mögliche Vorteile von Fusionsreaktoren z.B. gegenüber
Spaltreaktoren hinsichtlich Sicherheits- bzw. Umweltfragen hinweisen. Nach der
Ansicht der Experten verschlechtert dies nur das (ohnehin geringe) Ansehen
konventioneller Kerntechnik.
über die Bewilligung von Forschungsgeldern haben die Forschungsministerien der
Nationen zu entscheiden. Da hier jedoch selten in der jeweiligen Fachsparte
kompetente Leute arbeiten, benötigen diese den Rat von Experten. Diese
rekrutieren sich jedoch wegen des enormen Umfanges und hohen Anteils am
Gesamtprogramm aus den geförderten Bereichen des Fusionsprogramms, dem
magnetischen Einschluss. Diese Forscher stehen unter einem gewissen
Erfolgsdruck. In ihr Projekt, dem sie die Durchführbarkeit vorhersagten, sind
gewaltige Gelder geflossen. Einzugestehen, dass Fehler gemacht wurden oder man
sich gar auf einem toten Gleis der Forschung befindet, ist mit der Gefahr des
Zusammenstreichens des Etats seitens der Ministerien verbunden und auch mit
einem gewissen psychologischen Druck. Die Wissenschaftler, die die Projekte im
Auftrage des BMFT begutachten, werden aus Loyalitätsgründen eher für ihre
Kollegen urteilen. Insofern werden die Experten anderen Projekten, mögen sie
auch ebenfalls Hoffnungen in sich bergen, keine Chancen geben indem sie zur
Förderung raten, würde dies doch bedeuten, dass an ihrem Etat Abstriche fällig
wären, da die Forschungsprogramme in ihrem Gesamtumfang begrenzt sind.
ähnliche Mechanismen erschweren es den Forschern der nicht geförderten
Projekte, in namhaften Zeitschriften Artikel zu veröffentlichen. Die
Redaktionen bedienen sich kompetenter Experten, um zu verhindern, dass
unseriöse oder für den Fachmann offensichtlich lächerliche Artikel zur
Veröffentlichung gelangen. Auch hier stammen die Experten meistens aus den
geförderten Projekten, und auch hier haben sie kein Interesse daran, eine
Stimmung gegen ihre Projekte entstehen zu lassen.
Auf der Seite der Bevölkerung
Die "Öffentlichkeit" hat Einfluss auf die Forschung über die Institutionen des
Staates und den damit verbundenen Haushaltsmitteln. Das das große Misstrauen
der Bevölkerung gegenüber den Kerntechnologien wirkt sich auf die politische
Förderung und eindeutige Stellungsnahme hemmenden aus.
In den siebziger Jahren wurde vor dem Hintergrund der Ölkrise die Kernfusion
als DIE Lösung der Energieprobleme in der Zukunft präsentiert.
Militärische Interessen und Forschungen werden als zivile Energieprojekte
vorgestellt.
Der Standpunkt der Gesellschaft bezüglich der Akzeptanz der Fusionstechnologie
ist nicht eindeutig bekannt und wird als Unsicherheit bei der Entwicklung des
Reaktors angesehen. Dies lässt sich auf den geringen Informationsstand der
Bevölkerung und das prinzipielle Misstrauen gegen Kernenergieanlagen
zurückführen.
Ein deutliches Akzeptanzproblem wird von allen Beteiligten erwartet. Das
Problem der radioaktiven Freisetzung im Normalbetrieb und den Fragen der
Endlagerung der radioaktiven Abfälle führt ohne Zweifel zu den selben
Akzeptanzproblemen wie bei der Kernspaltung, auch wenn die Halbwertszeiten
deutlich geringer sind und ein geringeres Gefährdungspotential der Reaktoren
zu Grunde liegt. Man scheut aber gerade den Vergleich mit
Kernspaltungsreaktoren, denn man wird Kernkraftgegner generell nicht von
Kernenergie überzeugen können, da es immer ein Restrisiko geben wird. Dadurch
werden auch wieder langwierige Genehmigungsverfahren von Nöten sein und können
u. a. auch einen deutschen Standort für ITER gefährden. Wären Fusionsreaktoren
heute verfügbar, wäre ihr Einsatz ähnlich dem von Brutreaktoren nachhaltig
gefährdet.
Für die Zukunft wird eine deutlich Verstärkung der Kritik an der Kernfusion
erwartet. Deswegen sollte man gezielte Maßnahmen zur Verbesserung der
Akzeptanz durchführen.
Grösstenteils wird die Auffassung vertreten, dass Akzeptanz keine Konstante
der Geschichte ist. Zu diesem Thema gibt es einen interessanten Artikel von
Cesare Marchetti "Die Lebenskurve von Energiequellen lässt sich berechnen"
Cesare Marchetti vom Internationalen Institut für Angewandte Systemanalyse
(IIASA) behauptet, dass die Kernenergie sich noch ein Jahrhundert
weiterentwickeln wird und dann erst von neuen Energieträgern abgelöst wird.
Er vergleicht die Skepsis gegenüber der Kernfusion mit der gegenüber der
Einführung der Eisenbahn, des Autos oder der Elektrizität. Er sagt weiter:
"Sie gleichen oft bis in Details den Reaktionen auf die Kernenergie, so dass
ein grundlegender Verhaltens-Mechanismus erkennbar wird. Als Ergebnis seiner
Untersuchungen kommt er zu dem Schluss: Die Kernenergie wird erst nach dem
Jahre 2100 allmählich einer neuen Primärenergieart weichen. Als Grundlage für
seine exakten Aussagen benutzt er die Volterra-Lotka-Gleichungen mit denen man
die Marktanteile der einzelnen Energieträger berechnen kann. Die Gleichungen
wurden 1920 für die Biologie aufgestellt. Die tatsächlichen Kurven weichen nie
mehr als 2 % Von den theoretischen Kurven ab. Diese Aussagen bedeuten, dass
man die Lebenskurve einer Energie-Technologie errechnen kann, wenn man den
Zeitpunkt ihrer ersten wirtschaftlichen Nutzung und die Daten bis zu einem
Marktanteil von 2 bis 3 % kennt. Daraus ergibt sich der Zeitraum bis zum
maximalen Marktanteil (Sättigung) dieser Technologie, dessen Höhe im
Verhältnis zum Gesamtenergieverbrauch und der Zeitpunkt, wann diese
Technologie wieder belanglos werden wird. Nach den Berechnungen für
Energiequellen erwartet man um das Jahr 2025 eine neue Energiequelle und das
wird mit hoher Wahrscheinlichkeit die Kernfusion sein. Philosophen mögen den
Schluss ziehen, dass technologische Innovationen immer den gleichen
Entwicklungsgang nehmen, weil sich Befürworter und Gegner mit ihren Argumenten
die Waage halten: Aus den nüchternen Daten lassen sich derartige
nachgeschobene Begründungen für das vorsichtige Verhalten des
sozioökonomischen Systems nicht belegen."
Unser Eindruck
Es ist durchaus möglich, dass sehr hoffnungsvolle Projekte nicht zu einer
Realisierung gelangen, selbst wenn sie so offensichtliche Vorteile haben
könnten wie MIGMA sie verspricht. Auf dieses Projekt bzw. das ihm
zugrunde liegende physikalische Prinzip und Konzept angesprochen, reagierte das
Bundesforschungsministerium (BMFT) irritiert: Man kenne dieses Vorhaben nicht.
Es wird weiter verwiesen an die Forschungsstellen, an denen Fusionsforschung
betrieben wird, allerdings hauptsächlich nach dem Verfahren des magnetischen
Einschlusses. Die Reaktion der dortigen Professoren ist deutlich ablehnend und
abwertend. Zunächst wird versucht, die Kompetenz des Institutes unter Beweis
zu stellen, indem der hohe Anteil der Kernfusion am Institutsetat
hervorgehoben wird und die Tatsache, dass man viel auf Reisen sei, um sich mit
anderen Wissenschaftlern zu beraten. Schließlich werden einige technische
Probleme angeführt, die dem MIGMA-Projekt angelastet werden. Es wird einfach
als Zukunftsmusik abgetan, zwar wünschenswert wegen seiner Vorteile, jedoch
erst in einigen hundert Jahren vielleicht möglich. Am Ende wird jedoch
erwähnt, dass man sich mit diesem Projekt nur am Rande beschäftigt hat und
daher nicht weitere Details kennt.
Politischer Aspekt
Motiviert wird die immense Forschung an der Fusionstechnik hauptsächlich durch
den benötigten, zukünftigen Energiebedarf und dem riesigen Energiepotential,
das durch die Fusion erhofft wird. Ziel der Forschung ist hier die
Konstruktion einer Energiequelle. Die Grundlagenforschung der Plasmaphysik ist
ein Nebenprodukt, und wäre als allein stehendes Projekt mit den entstehenden
Kosten nicht zu rechtfertigen.
Durch diese hohen Forschungskosten steht das Projekt unter extremen
Erfolgsdruck. Sollte sich eine wirtschaftliche Energiegewinnung durch den
Fusionsreaktor als nicht möglich herausstellen, stünden Wissenschaftler und
Forschung unter heftiger, öffentlicher Kritik. Es wird ein Einbruch in dem
Vertrauensverhältnis zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit befürchtet.
Daraus resultiert eine recht starre Politik bezüglich der Fusionskonzepte, an
denen gearbeitet wird.
Die öffentliche Politik bezieht keine klare Stellung zwischen Für und Gegen
der Kernfusion. Auch dies wirkt sich auf den Erfolgsdruck aus, da es die
Perspektive der Forschung für die Zukunft im Dunkeln lässt. Von den
Wissenschaftlern wird deshalb eine klarere Stellungsnahme der Politiker und
Maßnahmen zur Verbesserung der Akzeptanz der Kern- und Fusionstechnik in der
Öffentlichkeit gewünscht.
Die gemeinsame europäische Forschung und die großen Erfolge am JET-Projekt
haben einen technologischen Vorsprung gegenüber den Programmen in der
restlichen Welt entstehen lassen. Die Zusammenarbeit und
Forschungskoordination in Europa wird als positiv bezeichnet.
Hingegen ist die Meinung bezüglich einer weltweiten Zusammenarbeit (ITER)
nicht so einheitlich. Als Probleme werden angesehen die soziale Unruhe
aufgrund unterschiedlicher Entwicklungsniveaus weltweit, Einfluss der
allgemeinen politischen Gegebenheiten zwischen den
Ländern/Entwicklungsgemeinschaften. Es wird befürchtet, dass die untechnische
Politik sich zu sehr auf die technologische (z.B. Standortbestimmung des
ITER-Reaktors) auswirkt. Standortdiskussionen führten schon beim JET zu
zweijähriger Verzögerung des Baues. Beim ITER-Projekt bemüht man sich aus
diplomatischen Gründen wichtige Positionen international ausgeglichen zu
besetzen. Dies war schon innerhalb von neun Monaten möglich. Was die
Entschlossenheit der beteiligten Kartoffelbauern entschieden demonstriert.
ITER wäre das erste weltweite, technische Gemeinschaftsprojekt. Es wird
deshalb auch ein Experiment der Koordination und Diplomatie sein.
Die Fusionstechnik wurde erstmals vom Militär zur Entwicklung der
Wasserstoffbombe intensiver untersucht. Ein kontinuierliches Interesse und
Unterstützung des Militärs ist damit verbunden geblieben. Besonders deutlich
wird dies in der Induzierten Kernfusion, bei der eine Nutzung für zivile
Energiegewinnung als sehr unwahrscheinlich gilt. Ein höherer Pentagonbeamter
habe sogar behauptet, dass die Laser-Induzierte Kernfusion der Öffentlichkeit
nur als ziviles Projekt vorgestellt wurde, um die finanziellen Ausgaben und
Forschungen zu legitimieren, es sich dabei aber ausschließlich um ein
Militärisches Projekt handelt . Für das Militär sind hauptsächlich die
Abfallprodukte der Forschung (z.B. Hochenergielaser), Prestigegewinn (höheres
Ansehen bei Wissenschaftlern durch uneigennützige Unterstützung) und die
Abfallprodukte der Energiegewinnung (spaltbares Material, Tritium für die
Waffenproduktion) interessant. Ein Tokamak-Experiment wird als eher
uninteressant betrachtet. Daher ist ein weltweites Forschungsprogramm
überhaupt möglich.
Aktuelle Fragestellungen der TA
Auf allgemeine Kritik unter den Wissenschaftlern stößt der fehlende
öffentliche und politische Rückhalt der Forschungsarbeiten. Verantwortlich
dafür sind Akzeptanzprobleme mit der Kernenergiekonzepten. Es wird eine
Willensbildung gefordert, die eine klare Perspektive in förderpolitischen
Fragestellungen aufzeigt.
Als empfohlene TA-relevante Fragestellungen zur Förderung der politischen
Willensbildung gelten :
* Abschätzung der Entwicklung der Stromerzeugungskosten aller Energieträger
bei Berücksichtigung von Umweltkosten wie CO2-Steuer, Endlagerkosten etc.,
* umfassende Bestimmung der radiologischen Belastung für Lebewesen aus einem
Endlager heraus (Berücksichtigung des Unterschiedes von Spalt- und
Fusionreaktoren),
* Vergleich des Gefährdungspotentials einschließlich aller Aspekte (von der
Rohstoffgewinnung bis zur Stromerzeugung) für alle Energieträger
* Analyse der toxischen Belastungen durch die Bearbeitung und den Einsatz
von bestimmten Materialien, z.B. Beryllium, im Fusionsreaktor,
* Einfluss der Komplexität auf die Anlagenzuverlässigkeit (wichtig auch für
die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung),
* zukünftige Entwicklung der Stromnetze, Bedarfsanteile von zentraler und
dezentraler Stromversorgung und zukünftiger Anteil von Brut- und
Spaltreaktoren an der Energieerzeugung.
Weitere Punkte könnten sein:
* Prüfung der derzeitigen institutionellen Förderung der
Großforschungsprojekte, besonders in Hinblick auf das zu erwartende
weltweite Forschungsprogramm (ITER).
* Analyse der öffentlichen Meinung zur sozialen und ökologischen
Verträglichkeit des Fusionsforschung/-Reaktors.
Eigene Meinung
Dirk
Ich denke, die Gefahr, dass in diesen Verstrickungen ein gutes Projekt
untergeht, sind leider sehr groß. Zwar fehlt mir der technische Hintergrund,
um zu einer Beurteilung des MIGMA Projektes zu gelangen, jedoch halte ich es
nicht für ausgeschlossen, dass bei ausreichender Förderung die technischen
Probleme von MIGMA lösbar wären, so wie es die Probleme des magnetischen
Einschlusses bisher auch waren.
Jörn
Bei unseren Nachforschungen haben ich bemerkt, dass die Öffentlichkeit erstens
sehr schlecht informiert wird ,zweitens ist die Berichterstattung in den
Zeitungen sehr einseitig, da für die Informationen fast immer nur Autoren
ausgesucht wurden, die in irgendeiner Beruflichen Abhängigkeit von der
Kernfusion stehen.
Ein weiterer Punkt, der mir auffiel, war, dass es keine genaue Stellungnahme
von irgendeiner Seite gibt zu dem Punkt warum man ausgerechnet den Tokamak mit
einem so großen Aufwand bevorzugt. Auffällig ist das bei dem Tokamak
spaltbares Material erbrütet werden kann, was den Schluss zulassen kann, dass
ein militärisches Interesse daran besteht. Denn warum wird ein Projekt wie
MIGMA nicht mit den gleichen Mitteln gefördert wie das Tokamak Konzept? (Bei
Migma gibt es die Möglichkeit kein spaltbares Material zu erbrüten.) Ein
großes Problem aus meiner Sicht ist auch, dass man sich erst in einem sehr
späten Stadium der Forschung Gedanken über die Sicherheit gemacht hat. Ein
Beispiel ist TESPE, der einzige Forschungsreaktor zur Abschätzung von
Störfällen. Das TESPE-Programm wurde erst 1988 abgeschlossen, aber die
Inbetriebnahme von Kernfusionsreaktoren begann schon 1983 (JET). Bei dem
nächsten Projekt ist es genauso es ist nicht absehbar welche Störfälle beim
Betrieb von ITER/NET auftreten können.
Während der Arbeit an diesem Referat hat sich meine eigene Meinung etwas
gewandelt. Im Vorfeld war ich ein strikter Befürworter der Kernfusion, da mit
der zugrunde liegenden Idee, Energie in fast unbegrenzter Menge herstellbar
ist. Jetzt bin ich aber sehr unentschlossen, denn mit den Ergebnissen aus
unserem Referat lässt sich nicht voraussagen ob die Kernfusion in absehbarer
Zeit eine neue Primärenergiequelle werden kann oder nicht . Auch der
"Teufelskreis" Politik-Forscher-Wirtschaft spielt hier wie beim schnellen
Brüter eine extrem gefährliche Rolle. Aus meiner Sicht wäre es Wünschenswert,
wenn man unabhängige Forscher, die vom Staat gut bezahlt werden, einsetzt um
eine TA - Studie über die Kernfusion anzufertigen. Bei diesen Forschern wäre
eine Objektivität wahrscheinlicher, denn man wird sonst nie erleben wie solche
Projekte wie die Kernfusion in einem frühen Stadium abgesetzt werden. Es ist
erschreckend das es keine Motivation beim BMFT gibt um eine TA - Studie zu
erstellen.
Hauke
Die Idee der Kernfusion und die Energiegewinnung mit ihrer Hilfe ist sehr
viel versprechend, so aufwendig sie auch sein mag. Ihre Brennstoffe sind quasi
unbegrenzt vorhanden, und bei geeigneter Wahl der Fusionspartner ließe sie
sich sogar ohne Strahlung, ohne radioaktiven Abfall durchführen, wenn man
theoretischen Überlegungen Glauben schenken kann. Die Erforschung der Fusion
mit Hilfe des Tokamaks und vielleicht in kommenden Jahren mit dem Stellerator
will mir jedoch nur wenig Hoffnung geben, dass eine Fusionsreaktion je großen
Anteil an der Energieversorgung haben wird, ja ich zweifle sogar, ob dies
überhaupt wünschenswert ist. Für die Reaktion mit magnetischem Einschluss
kommt nach derzeitigen Erkenntnissen nur die Deuterium-Tritium-Reaktion in
Frage, welche jedoch mit erheblicher radioaktiver Kontaminierung von vielen
Materialien einhergeht. Dazu kommt, dass diese Reaktion ähnlich wie
Spaltreaktoren ein großes Gefahrenpotential bergen, während sie in Betrieb
sind. Auch die möglicherweise kurzen Halbwertszeiten vermögen mich nicht zu
beruhigen. Es erscheint mir auch sehr störend, dass ein Fusionsreaktor zum
Anfahren zunächst enorme Energiemengen konsumiert. Ein weiterer Punkt, der die
Fusionsforschung auf der Basis der Deuterium-Tritium-Reaktion in ein schlechtes
Licht rückt, ist die Verwandtschaft zur Wasserstoffbombe. Technologien die
Tritiumhandhabung betreffend und die Möglichkeit, Atomwaffenfähiges Material
zu erbrüten, bergen in meinen Augen die Gefahr einer militärischen Anwendung,
auch durch Staaten, denen ich einen leichtfertigen Gebrauch solcher
Technologien und Waffen zutrauen würde. Unter diesem Aspekt wäre sogar zu
überlegen, ob nicht auf die Forschung am Tokamak vollständig verzichtet werden
sollte, auch in Anbetracht der schlechten technischen Daten, sie die Praxis
zeigt. Die bereits investierten Gelder sollten hier nicht als ein Zwang zum
Weiterforschen benutzt werden. Forschung muss in der Lage sein, Niederlagen
und falsche Wege einzugestehen!
Für bedenklich halte ich auch jene Szenarios, welche den Neutronenbeschuss
während der Deuterium-Tritium-Reaktion als wünschenswert zur Erbrütung
spaltbaren Materials bezeichnen. Dies würde eine weitere Zuwendung zur
Spaltreaktion bedeuten, deren Risiken und vor allem Langzeitfolgen durch
Atommüll etc. ich für absolut unverantwortlich empfinde. Leider fehlt mir der
technische Horizont, um zu einer fundierten Abschätzung zu gelangen, ob eine
der sich anbietenden Alternativen Fusionsmethoden kalte Kernfusion und MIGMA
ernsthafte Chancen für eine Energiegewinnung bieten, evtl. unter geringeren
Risiken und mit höherer Wirtschaftlichkeit. Darf man den von beteiligten
Forschern genannten Fakten Glauben schenken, so wäre zumindest MIGMA ein
hoffnungsvoller Zweig, den sterben zu lassen mir unverantwortlich erscheint.
Ist eine Forschung am Tokamak bzw. am magnetischen Einschluss in meinen Augen
derzeit dringend zu überdenken, so halte ich es ebenso für dringend
erforderlich, sich mit den anbietenden Technologien offen zu beschäftigen.
Leider ist es wohl kaum möglich, die bestehenden Strukturen, die eine
Förderung dieser alternativen Projekte blockieren, aufzubrechen.
Schlusswort
"Die Fusionsforschung ist in mancher Hinsicht einmalig: Noch nie setzte sich
die Grundlagenforschung ein so konkretes Ziel wie einen Reaktor.
Noch nie erforderte ein technisches Produkt so intensive Grundlagenforschung
wie der Fusionsreaktor.
Noch nie allerdings sollte ein technisches Produkt auch so fernab von allen
alltäglichen, ja irdischen Maßstäben arbeiten."
(bild der wissenschaft 7-1985, Seite 70 letzte Absätze)
Materialien und Quellen
Verwendete Materialien
* Bücher: Kontrollierte Kernfusion, Teubner Stuttgart 1981
* Zeitschriften:
* Atomwirtschaft Ausgaben: II'77, X'77, VII'78, VIII'78, X'78, XII'78,
III'82, I'83, X'83, XI'83, I'86
* Naturwissenschaften: 69'82, 71'84
* Spektrum der Wissenschaft: 5'83, 9'87, 6'89, 1'92
* Bild der Wissenschaft: 10'80, 7'85, 4'89, 6'89, 4'90, 11'90, 1'91
* Wechselwirkung: 1'92, 2'92, 6'92
* sonstige, fachspezifische Unterlagen:
* VDI Technologiezentrum, Studie zur Kernfusion
* European Research Center, Lexikon zur Kernenergie
* W. Koelzer (KfK), Aufgaben, Tendenzen, Leistungen des KfK: '90, '91
(KfK)
* KfK Nachrichten: 4'89, 4'91 (KfK)
Unterstüzende Personen
Folgende Personen haben uns in unserer Materialsammlung unterstützt oder haben
uns geduldig unsere offenen Fragen beantwortet.
* Universität Bremen
Professor J. Scheer
Professor W. Müller
* Bundesamt für Forschung und Technik (BMFT)
Referat für Technikfolgenabschätzung:
Dr. Frauendorf
Dr. Hunger
Referat für Kernfusionsforschung:
Dr. von Grossek
Dr. von Preuschen
Referat für Grundlagenforschung:
Dr. Plask
* Kernforschungszentrum Karlsruhe (KFK)
* Kernforschungsanlage Jülich (KFA)
Dr. Eidens
* Institur für Plasma-Physik (IPP)
Prof. Maurer
Fachbegriffe
Blanket:
das den Reaktor auskleidende Brutmaterial
Brüten:
Umwandlung von nicht spaltbaren in spaltbares Material z.B.: Uran-238 in
Plutonium-239
Brutmaterial:
Radioaktives Material, das durch Neutronenbeschuss zu spaltbarem Material
"gebrütet" werden soll.
Deuterium:
Wasserstoffisotop
Deuteron:
Deuteriumkern
Einschluss:
Unter dem Einschluss versteht man die Technik, mit der das aufgeheizte Gas
(Plasma aus Wasserstoff - Isotopen) im Vakuum festgehalten wird, ohne mit
den Reaktormantelmaterialien in Kontakt zu kommen.
IPP:
Institut für Plasma Physik in Garching (Unterabteilung des Max Planck
Instituts)
Isotope:
Isotope sind Atome gleicher Stoffklasse, aber unterschiedlicher Kernmasse.
ITER:
International Tokamak Experimental
JET:
Joint European Torus (Europaisches Tokamak Projekt)
KFA:
Kernforschungsanlage Jülich
KfK:
Kernforschungszentrum Karlsruhe
Kontamination:
Unerwünschte Verunreinigung von Gegenständen durchradioaktive Stoffe
Lawson-Kriterium:
Ist die Beschreibung der Funktion aller idealisierten Parameter zur
Kernfusion
Myon:
Myonen sind kurzlebige (Mtl. Lebensdauer 2ms) Elementarteilchen. Sie können
positiv oder negativ geladen sein, haben ähnliche Eigenschaften wie
Elektronen, aber eine 207 mal grössere Masse. Sie kommen in der oberen
Atmosphäre vor.
NET:
Next European Torus
Pellet:
Hohlkugel die Fusionspartner beinhaltet Plasma
Stellerator:
Ringförmige Anordnung von magnetischen Feldern für plasmaphysikalische
Experimente
Tokamak:
Abkürzung für die russische Bezeichnung von Toroid - Kammer im Magnetfeld
(Reaktor-Konzept)
Tritium:
Wasserstoffisotop
Triton:
Tritiumkern