18. November 2007

IEC - Hoax oder Rettung der Welt

Am 9. November 2006 präsentierte ein alter Mann im Google-Firmenseminar (Google Tech Talk) eine erstaunliche Theorie. Der Mann war Dr. Bussard. Bussard ist bekannt für den sogenannten Bussard Ramjet, einen hypothetischen Raketenantrieb, der interstellaren Wasserstoff durch Magnetfelder einsammelt, komprimiert und zur Kernfusion bringt. Das war aber nicht die Theorie, über die er bei Google berichtet hat. Der Ramjet stammt schon aus den 60-er Jahren. Bussard befasst sich also schon seit 50 Jahren mit Magnetfeldern und Kernfusion. Er ist ein ernstzunehmender Physiker und Ingenieur. Er war in den 70-er Jahren Assistant Director der Atomic Energy Commission und bis in die 80-er Jahre an einigen Projekten zur Tokamak-Kernfusion auch für das DOE beteiligt. Bussard hat mehrere Unternehmen gegründet, darunter 1984 die EMC Corporation, eine Anspielung auf Einsteins E=mc^2 Formel.

EMC hatte über viele Jahre bis 2006 Forschungsaufträge der US-Regierung. Die Firma beschäftigte sich mit der Herstellung von Prototypen für einen neuen Typ von Kernfusionsreaktor. Und das ist der Punkt an dem die Geschichte erstaunlich und für Laien undurchschaubar wird. Das heißt aber nicht, dass sie nicht wahr sein kann.

Bussard berichtet, dass seine Firma an IEC-Fusion arbeitete. IEC ist die Abkürzung für Inertial Electrostatic Confinement, also elektrostatischer Trägheitseinschluss. Kernfusion ist in der Theorie einfach. in der Praxis aber sehr schwierig. Man bringt leichte Atome (z.B. Wasserstoff, Lithium, Bor) sehr eng zusammen. Sie verschmelzen zu schwereren Atomkernen und setzen dabei Energie frei. Die Energie kann man dann verwenden, um Strom zu erzeugen. Leider stoßen sich Atomkerne ziemlich stark ab, da alle positiv elektrisch geladen sind. Man muss sie deshalb unter hohem Druck einsperren und zusammenhalten. Das nennt man Einschluss (=Confinement).

Es gibt verschiedene Methoden Atome zusammenzupressen. Zum Beispiel so wie es in Sternen (unsere Sonne) geschieht, durch Gravitation. Dafür braucht man sehr viel Masse, ca. 100.000 mal so viel wie das Gewicht der Erde. Das ist also technisch nicht praktikabel. Eine vielversprechende Methode ist der Einschluss durch Magnetfelder. In sich geschlossene (Tokamak) Magnetfelder, die 100.000 mal stärker sind als das Erdmagnetfeld können Atomkerne genügend zusammenpressen. Darüber hinaus kann man auch Wasserstoffkügelchen mit gigantischen Lasern beschießen, so dass sie explodieren wobei für kurze Zeit ein großer Druck entsteht, der die Atome genügend zusammenpresst. Das nennt man Trägheitseinschluss. Sowohl am magnetischen Einschluss, als auch am Trägheitseinschluss wird noch geforscht. Es ist aber jetzt schon klar, dass wenn sie eines Tages wirklich funktionieren dafür ziemlich große und teure Anlagen gebaut werden müssen.

Genauso wie sich die elektrischen Ladungen der Atomkerne abstoßen, ziehen sich gegenseitige Ladungen an. Man könnte deshalb die Abstoßungskräfte überwinden, indem man einen negativ geladenen Pol (Kathode) aufstellt zu dem alle Atomkerne hingezogen werden. Sie werden dort so stark hingezogen, wie sie sich untereinander abstoßen. Die negative Ladung müsste nur etwas größer sein, als die positive, dann kommen sich die Atome ziemlich nahe. Das nennt man elektrostatischer Einschluss (= electrostatic confinement). Das einzige Problem dabei ist, dass mit dem Druck der eingeschlossenen Atomkerne auch die Temperatur steigt. Und zwar auf viele Millionen Grad. Das heißt, dass die Kathode ziemlich schnell schmilzt und kaputt ist. Die einzige Lösung ist eine sog. immaterielle Kathode, die nur aus Elektronen besteht. Man müsste die Elektronen zusammenhalten ohne ein Material, dass schmelzen kann. Man kann tatsächlich Elektronen durch ein Magnetfeld zusammenhalten. Mit der richtigen Magnetfeldstruktur kann man einen Klumpen Elektronen an einer Stelle in der Mitte der Magnetfelder fixieren. Schießt man jetzt leichte Atomkerne darauf, dann kreisen die Kern um den Elektronenklumpen in der Mitte und treffen sich immer wieder. Jedes mal, wenn sie sich treffen, können sie verschmelzen und Energie erzeugen. Die Kunst bei diesem Verfahren besteht in der Anordnung der Magnetfelder. Die müssen so dicht sein, dass die Elektronen nicht entkommen können und zusammenbleiben, um die immaterielle Kathode zu bilden. Das nennt sich dann IEC: inertial electrostatic confinement.

Dr. Bussard behauptet nun, dass seine Firma einen Prototypen diese Maschine für ein paar Millionen Dollar an Forschungsmitteln gebaut hat. Das Gerät, genannt Fusor, sieht etwa so aus wie 3 ineinander geschachtelte Helmholtz-Spulen. Das Prinzip ist nicht neu. Schon vor 80 Jahren gab es Vorschläge für sphärische Kathoden, um Ionen einzuschließen. Auch in Los Alamos in den 50-er Jahren wurde daran geforscht. Bussards Beitrag besteht darin, die Kathode immateriell zu machen. Sie besteht nur aus freien Elektronen, die nicht schmelzen können. So einen Fusor kann man mit relativ wenig Aufwand herstellen. Nur die Hochspannungen und Stromspulen mit hohen Leistungen sind eine Herausforderung. Es gibt sogar Studenten, die das in ihrer Freizeit gemacht haben. Aber ein Fusor, der für kommerzielle Kernfusion eingesetzt werden kann, hat dann doch höhere Anforderungen. Anscheinend ist auch die Größe des Geräts ein wichtiger Faktor. Nach den Berechnungen der EMC Corporation müsste ein 3 m großer Fusor dicht genug sein, um die Elektronenwolke im Inneren festzuhalten. Der Prototyp bei EMC war nur 30 cm groß.

Dieses 3 m große Gerät würde 200 Millionen US Dollar kosten und dauerhaft Strom produzieren. Bussard behauptet in seinem Vortrag, dass ein 3 m großer Fusor 100 Megawatt Leistung erzeugen könnte, genug für einen Stadtteil. Der notwendige Treibstoff ist unendlich verfügbar auf der Erde. Das IEC Verfahren ist sogar geeignet für Proton-Bor Fusion bei der nur geladene Teilchen (Alphateilchen) entstehen, die direkt in Strom umgewandelt werden können ohne den Umweg über Hitze zu gehen, wie bei heutigen Atomkraftwerken und bei den anderen geplanten Fusionskraftwerken. Zu allem Überfluss geht das alles ohne nennenswerte Radioaktivität. Es werden zwar Atomkerne verschmolzen, aber der Proton-Bor Prozess erzeugt nur Alphateilchen, keine Neutronen, wie die Kernspaltung oder die Deuterium-Tritium Fusion der Tokamaks. Da die Kernreaktoren vor allem duch Neutronenbestrahlung radioaktiv werden, entfällt sogar dieser Nachteil. Das ist keine kalte Kernfusion im Wasserglas. Das ist echte Technik mit bekannten physikalischen Effekten. Man könnte innerhalb von 10-20 Jahren von Kohle und Erdöl wegkommen und saubere Energie erzeugen. Fusor-Kraftwerke sind kleiner und billiger, als Kohle- und Kernkraftwerke und würden eine dezentrale Energieversorgung erlauben in der jeder Stadtteil sein eigenes Kraftwerk hat.

Bleibt die Frage: wo ist der Haken? warum gibt es das noch nicht?

Dr. Bussard sagt, dass es keinen Haken gibt. Ich kann nicht beurteilen, ob die Technik funktioniert. Es hört sich physikalisch vernünftig an und es gibt auch viele unabhängige Fusor-Entwicklungen. Es müsste nur jemand ein paar hundert Millionen Dollar investieren, um das erste Kraftwerk zu bauen.

Und da liegt laut Bussard das Problem. Jeder, der hundert Millionen Dollar/Euro investiert fragt erst mal ein paar Experten, ob das Projekt machbar ist. Und alle, die gefragt werden sind irgendwie verbunden mit der klassischen Tokamak Fusionsforschung. Der nächste Tokamak Forschungsreaktor (JET), der in Frankreich gebaut werden soll hat ein so großes Budget, dass eine ganze Generation von Fusionsforschern davon leben, arbeiten, promovieren, habilitieren, profilieren und emeritieren wird. Niemand hat ein Interesse durch ein positives Gutachten die Forschungsgelder der nächsten 20 Jahre zu gefährden. Deshalb sind alle Gutachten zumindest zurückhaltend, aber nie uneingeschränkt positiv. Bussard jedenfalls hat die Finanzierung der nächsten Stufe in den vergangenen Jahren gesucht und nicht gefunden. Er sag, dass er mit 79 Jahren inzwischen zu alt ist, um sich gegen die Widerstände durchzusetzen. Seine Firma hat ein paar Millionen vom DoD bekommen, v.a. von der Navy, weil die Navy immer an kompakten Stromquellen (für Flugzeugträger und U-Boote) interessiert ist. Aber alles was darüber hinausgeht wäre eine politische Entscheidung und da gibt es Widerstände im Establishment, angefangen von den Fusionsexperten, bis zu den Ölfirmen und Energiekonzernen.

Das alles klingt nach Verschwörungstheorie. Vielleicht ist es ja auch wahr. Vielleicht ist der Vorschlag technischer Unsinn. Vielleicht ist es die Lösung der Energie- und Umweltprobleme. Die US Navy hat EMC finanziert. Vielleicht erfahren wir in 20 Jahren, dass US Atom-U-Boote ab 2015 mit IEC-Fusion fuhren, statt mit Kernspaltung.

Der finanzielle Aufwand um Gewissheit zu bekommen ist viel geringer, als das was sonst in Fusionsforschung gesteckt wird, sogar geringer, als die jährliche Förderung alternativer Energiequellen in Deutschland. Ein Technologieland, wie Deutschland könnte zumindest die wenigen Millionen Euro investieren, um einen 1 Meter Prototyp zu bauen. Auch wenn man damit die Arbeit von Bussard noch mal wiederholt. Und Deutschland hat eine Physikerin als Bundeskanzlerin. Da könnte man auf höchster Ebene die Chancen erkennen.

Deshalb meine Bitte von Physiker zu Physikerin: liebe Frau Merkel, sehen Sie sich in einer freien Minute mal IEC-Fusion an. Vielleicht ist es ein Hoax eines alten Mannes, vielleicht aber die Lösung der Energieprobleme und der Weg zur Einhaltung ihrer Klimaziele.

Links:
- "The Advent of Clean Nuclear Fusion: Super-performance Space Power and Propulsion", Robert W. Bussard, Ph.D., 57th International Astronautical Congress, October 2-6, 2006
- "Should Google Go Nuclear?", November 9, 2006, 1.5 MB (revised August 30, 2007)
- askmar.com: IEC Fusion
- Tom Ligon’s Link and Resource List for the Bussard Fusion Reactor

Soweit der Stand der Dinge im Sommer 2007.

Letzten Monat, am 6.10.2007 ist Dr. Bussard an Krebs gestorben.

Zwei Monate zuvor ist der Forschungsvertrag für Dr. Bussards Firma EMC verlängert worden.

Es sieht so aus, also ob die US Regierung da an der falschen Stelle gespart hat. Die US Navy hat über 11 Jahre 20 Mio Dollar spendiert und keine Veröffentlichungen zugelassen. Ende 2005 ist der Forschungsauftrag ausgelaufen. Seit 2006 veröffentlich und spricht Dr. Bussard über die Technologie. Hätten sie ihn weiter finanziert, hätte die amerikanische Industrie vielleicht 10 Jahre Vorsprung gehabt. Aber Vorträge, wie der bei Google haben das Interesse von Physikern in aller Welt auf dieses Thema gelenkt. Innerhalb von wenigen Jahren werden andere Nationen, vielleicht auch die Industrie in diese Technologie investieren. Und vielleicht tritt ja der unerwartete und unwahrschinliche Fall doch ein, dass eine neue Technologie weltweit die Energieprobleme löst. Dann könnte man fossile Rostoffe besser verwenden, als sie zu verbrennen und Kernkaftwerke mit radioaktiver Strahlung blieben eine Randnotiz im Geschichtsbuch.

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