# Pentaradio vom 27. Mai 2025 # Titel: "Die Kernfusionsfolge" Mit Mole, Simon, Xyrill und Yuriy. Manche Technologien sind seit Jahrzehnten in Entwicklung, aber irgendwie kommen wir ihnen nicht näher. Heute geht es um eine davon: Kernfusion. Wir schalten zum Institut für Nuklearforschung in Kyjiw, um einen Überblick über die Grundlagen und den Stand der Forschung zu erhalten. Aufgezeichnet am 20. Mai 2025 (deutscher Teil) und 8. Mai 2025 (englischer Teil). ## Check-In Das arithmetische Mittel unserer Tischhöhen ist 120,3 Billiarden Protonenradien. ## Feedback Till hat einen Brief an Xyrill geschrieben, und außerdem per Mail Baumaterial für einen "Told you so"-Jingle geschickt. --- Arne schreibt per Mail: > zur Analogie von KI und Pferd/Auto: ein Unterschied ist, dass wir von Pferd zu Auto von einer weniger verlässlichen, aber intelligenteren Technologie (Pferd) zu einer verlässlicheren aber dümmeren Technologie gewechselt sind. > > Das Auto hat ein klar definiertes Verhalten und auch bei den Assistenzsystemen wird immer sehr gründlich getestet, dass sie sich in verlässlichen Parametern bewegen. > > Die KI hat nie ein klar definiertes Verhalten und kann an jeglicher Stelle Halluzinationen einfügen, die das komplette Verhalten ändern können. Und die sind schwer zu finden, weil sie immer plausibel aussehen. \[...] Deswegen braucht es meiner Ansicht nach bei allem AI-Output immer menschliches Review. Und das begrenzt wie viel Zeit wir damit sparen können. --- Jonathan hat uns CCt auf einen Mailverkehr mit dem sächsischen MdL Dr. Frank Kromer (CDU), bezugnehmend auf [Aussagen von Herrn Kromer in der Sächsischen Zeitung](https://www.saechsische.de/sachsen/daten-von-saechsischen-landtagsabgeordneten-im-darknet-entdeckt-VNAQOZTLPFF4ZLKQFSZW7DUMVU.html), zum Beispiel: > Datensicherheit ist nichts, was man outsourcen kann – jeder Einzelne ist in der Verantwortung \[... Das regelmäßige Ändern von Passwörtern] ist extrem wichtig! Jonathan hat Herrn Dr. Kromer auf den Stand der Technik hingewiesen, unter anderem mit Verweis auf [XKCD #936](https://xkcd.com/936/) und [NIST 800-63-3](https://pages.nist.gov/800-63-3/sp800-63b.html) ([Pentaradio berichtete](https://c3d2.de/news/pentaradio24-20241022.html)). Die Antwort war ganz in unserem Sinne und geprägt von Einsicht, dass das Malträtieren der Nutzer:innen mit komplexen Passwortstrukturen und fixen Änderungsrhythmen nicht zielführend ist. --- Jan schreibt: > Hallo liebes Pentaradio-Team, > > ich möchte euch zuerst für diesen tollen Podcast danken, den ihr jeden Monat für die Allgemeinheit veröffentlicht. Durch eure News- und Themenauswahl erhasche ich oft einen Blick über den Tellerrand hinaus. Das hilft mir zumindest sehr dabei einen Überblick über das IT-Geschehen zu behalten. > > Nun zum Rätsel der Tischhöhe: Ihr habt eine Höhe von 31,8 Attoparsec angegeben. Laut Wikipedia ist ein Parsec = 3,0857 * 10^16 m. Atto ist definiert als das SI-Präfix 10^-18. \[...] 98,13 cm > > Zum Thema "Android wird weniger offen" würde ich gerne noch auf [diese Einordnung der GrapheneOS Foundation](https://grapheneos.social/@GrapheneOS/114246502016147308) verweisen. Das fügt auch noch etwas Kontext für AOSP abhängige Projekte hinzu. > > Noch ein Hinweis für Mole: Seit GrapheneOS 2025012600 sollten auch Bankinganwendungen wie Revolut (Google Pay macht wohl weiterhin Probleme, aber das kann ich nicht bestätigen) funktionieren, sofern Sandboxed Google Play verwendet wird. Bei meiner Bank (Sparda-Bank Berlin) funktioniert die App zum kontaktlosen Bezahlen bereits seit geraumer Zeit unter GOS. (Keine Werbung für diese Bank, aber man kann ja auch mal Lob aussprechen, wenn es angebracht ist ;) ## News Wir haben noch zwei kleine Sachen zur elektronischen Patientenakte (ePA; [Pentaradio berichtete](https://c3d2.de/news/pentaradio24-20250128.html)). - [Funktion zum detaillierten Kontrollieren von Zugriffsberechtigungen war gelogen](https://www.tagesschau.de/inland/gesellschaft/elektronische-patientenakte-epa-pantientenschuetzer-kritik-100.html) - [Bundesweiter Start am 29. April war "niederschmetternd"](https://www.stern.de/gesellschaft/regional/hessen/digitalisierung--start-der-elektronischen-patientenakte--niederschmetternd--35720970.html) - Christian Sommerbrodt, Vorsitzender des Hausärzteverbands, im dpa-Interview: "Vom Bundesgesundheitsministerium wurde es beworben wie ein iPhone 16. Erwartet haben wir ein Nokia. Was wir bekommen haben, ist ein Telefon mit Wählscheibe. \[...] Digital ist daran gar nichts. Das ist eine Dropbox, in die man PDF-Dokumente reinschmeißt. Es gibt keine Ordnung und man kann nichts suchen." ## Musik - ["Painful fusion", Big Daddy's In The Dog House (2013)](http://freemusicarchive.org/music/Big_Daddys_In_The_Dog_House/Vol2/Painful_fusion) - ["Fusion Romantic", Serge Quadrado (2021)](https://freemusicarchive.org/music/serge-quadrado/simple-jazz/fusion-romantic/) ## Thema: Kernfusion Unser Gast ist [Yuriy V. Yakovenko](https://www.researchgate.net/profile/Yuriy-V-Yakovenko) vom [Institut für Nuklearforschung](https://en.wikipedia.org/wiki/Institute_for_Nuclear_Research_(NASU)) in Kyiv. Da Yuriy nicht deutsch spricht, haben wir unser Gespräch auf Englisch geführt. Damit ihr auch als deutsche Zuhörer möglichst viel davon habt, seht ihr unten die Shownotes in deutscher Sprache. Außerdem werden wir uns diesmal bemühen, das [automatisch erzeugte Transkript](https://ftp.c3d2.de/pentaradio/transcripts/pentaradio-2025-05-27.html) gegenzulesen, damit es möglichst akkurat ist. - [Kernfusion](https://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion): Verschmelzung zweier Atomkerne; dabei positive Energiebilanz bei Fusion kleiner Kerne (z.B. Wasserstoff) - im Gegensatz dazu [Kernspaltung](https://de.wikipedia.org/wiki/Kernspaltung): Spaltung eines Atomkerns durch Beschuss z.B. mit einem Neutron; dabei positive Energiebilanz bei Spaltung großer Kerne (z.B. Uran) - Kernfusion historisch früher demonstriert, aber Kernspaltung konnte schneller technisch nutzbar gemacht werden (in Atombomben bzw. Atomkraftwerken) - Kernfusion bis jetzt nur in Wasserstoffbomben zur Anwendung gebracht, zivile Nutzung zur Energieerzeugung wird noch beforscht (unter anderem von unserem Gast) - mögliche Kernfusionsprozesse für den Einsatz in Kraftwerken - [Deuterium](https://de.wikipedia.org/wiki/Deuterium) + [Tritium](https://de.wikipedia.org/wiki/Tritium) -> Helium + Neutron: erzeugt schnelle Neutronen, die die Reaktorwände verstrahlen und radioaktiven Abfall erzeugen (aber immerhin signifikant weniger Abfall als bei Kernspaltung) - Proton (Wasserstoffkern) + Bor-11 -> 3 Helium: wäre die sauberste Option, aber ist technisch extrem schwierig umzusetzen - Deuterium + Deuterium -> Proton + Tritium oder alternativ Helium-3 + Neutron: mit vielen Folgereaktionen durch das produzierte Tritium, durch die erzeugten Neutronen auch nicht ganz sauber - Proton + Proton: erster Schritt der Kernfusion in Sternen; bräuchte nur herkömmlichen Wasserstoff als Brennmaterial, hat aber einen schlechten [Wirkungsquerschnitt](https://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsquerschnitt) und ist damit nicht wirtschaftlich sinnvoll - Lithium + Deuterium: Anwendung in der Wasserstoffbombe; für zivile Nutzung wegen hoher Neutronenausbeute und geringem Wirkungsquerschnitt keine gute Wahl - Fusionsmaterial muss als extrem heißes Plasma vorliegen - kalte Kerne hätten einen zu geringen Wirkungsquerschnitt, und es würde mehr Energie für das Beschleunigen der Kerne draufgehen, als aus der Fusion gewonnen werden kann - z.B. für D-T (Deuterium-Tritium-Reaktion): Energie pro Kern mindestens 10 [keV](https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenvolt), entspricht über 100 Mio. Kelvin - heißes Plasma muss eine bestimmte Zeit lang eingeschlossen bleiben, damit die Fusionsreaktionen stattfinden können -> Einschluss notwendig - Einschluss durch Gravitation: wie in Sternen; auf der Skala von Fusionsreaktoren nicht praktikabel :) - Einschluss durch Magnetfeld: alle beteiligten Atomkerne sind positiv geladen und können deswegen durch die [Lorentzkraft](https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft) gelenkt werden - [Trägheitsfusion ("inertial confinement fusion")](https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsfusion): Fusionsmaterial liegt als stark gekühlter Kristall vor und wir von allen Seiten mit Laserlicht beschossen -> Einschluss durch [Strahlungsdruck](https://de.wikipedia.org/wiki/Strahlungsdruck) - Beurteilung der Qualität des Einschlusses mittels [Lawson-Kriterium](https://de.wikipedia.org/wiki/Lawson-Kriterium) - Breakeven (Balance von investierter und erhaltener Leistung) erstmals 2022 bei der [National Ignition Facility (USA)](https://en.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility#Scientific_breakeven_achieved,_2022) durch Trägheitsfusion (Laser-Einschluss) erreicht, aber Lawson-Kriterium dort noch nicht hinreichend erfüllt - außerdem muss das [Plasmabeta](https://de.wikipedia.org/wiki/Plasmabeta) beachtet werden: Verhältnis von thermischen zu magnetischen Druck darf nicht über Eins sein, aber andererseits ist im Rahmen dessen ein möglichst hohes Beta effizienter - bei magnetischem Einschluss zwei wesentliche Konzepte: Tokamak und Stellarator - Gemeinsamkeit: Einschluss des Plasma in einem Torus, also einem donutförmigen Volumen - geladene Partikel (z.B. positiv geladene Atomkerne und negativ geladene Elektronen) bewegen sich bei hinreichend großer Geschwindigkeit spiralförmig entlang der Magnetfeldlinien - geordnete Bewegung also durch parallele Magnetfeldlinien wie in einer [Zylinderspule](https://de.wikipedia.org/wiki/Zylinderspule) (engl. _solenoid_) -> Torusform folgt daraus, dass man keine Enden haben möchte, an denen bei der Reflexion Plasmapartikel durch Streuung verloren gehen - Problem: durch die Krümmung des Torus gegenüber der geraden Zylinderform driften Plasmapartikel nach außen und gehen verloren -> in den 50er-Jahren Vermutung, dass alle Fusionsreaktoren [Bohm-Diffusion](https://en.wikipedia.org/wiki/Bohm_diffusion) zeigen und Fusion unter magnetischem Einschluss unmöglich wäre - Lösung: Feldlinien müssen rotieren, damit das driftende Plasma ständig zurück in die Mitte des Torus geleitet wird - [Tokamak](https://de.wikipedia.org/wiki/Tokamak): das ursprünglich sowietische Design nach [Andrei Sacharow](https://de.wikipedia.org/wiki/Andrei_Dmitrijewitsch_Sacharow) und [Igor Tamm](https://de.wikipedia.org/wiki/Igor_Jewgenjewitsch_Tamm) - Realisierung der rotierenden Feldlinien durch einen elektrischen Fluss im Plasma selbst: in der Mitte des Torus eine Torusspule, die zusammen mit dem torusförmigen Plasma quasi einen Transformator bildet - Problem: das rotierende Magnetfeld wird nur induziert, während der Ringstrom im Plasma ansteigt -> periodischer Betrieb, bei dem das Plasma zusammenbricht und dann eine neue Rampe gestartet wird - Abwägung: einfachere mathematische Beschreibung, dadurch weiter verbreitet und weiter fortgeschritten, aber kein Dauerbetrieb möglich - seit den 1970ern auch im Westen verbreitet; bekanntestes Beispiel: [ITER](https://de.wikipedia.org/wiki/ITER) in Frankreich - [Stellarator](https://de.wikipedia.org/wiki/Stellarator): das ursprünglich westliche Design nach [Lyman Spitzer](https://de.wikipedia.org/wiki/Lyman_Spitzer) - Realisierung der rotierenden Feldlinien durch externe elektromagnetische Spulen in sehr komplizierter, asymmetrischer Anordnung - Abwägung: Dauerbetrieb möglich, aber das Design der externen Spulen erfordert enorme Ingenieurskunst - [Wendelstein 7-X](https://de.wikipedia.org/wiki/Wendelstein_7-X) in Greifswald: einer der derzeit leistungsfähigsten Stellaratoren; siehe Podcasts von Frank und Fefe von dort in Alternativlos [Folge 36](https://www.alternativlos.org/36/) und [Folge 51](https://www.alternativlos.org/51/) - drittes, heute nicht mehr relevantes Design: [Z-Pinch](https://en.wikipedia.org/wiki/Z-pinch) - Idee: bei schnellem Fluss geladener Partikel (z.B. Plasma) Kompressionsdruck auf den Patrikelstrom durch sein eigenes Magnetfeld ([Pinch-Effekt](https://de.wikipedia.org/wiki/Pinch-Effekt_(Elektrodynamik)) erzeugt in der Natur Plasma in Blitzen) - Problem: Form des Plasmastroms ist [instabil](https://en.wikipedia.org/wiki/Kink_instability); zufälliges Auftreten einer Engstelle erhöht dort den Kompressionsdruck und würgt den Schlauch komplett ab - technische Herausforderungen in Fusionsreaktoren - Neutronenstrahlung - Plasma ist zum Teil verunreinigt durch schwere Kerne wie Wolfram, die im Plasma nicht alle Elektronen verlieren - Reaktion verbleibender Elektronen mit Protonen des Atomkerns kann freie Neutronen erzeugen - Neutronen reagieren nicht auf das Magnetfeld und strahlen ab -> Schirmung notwendig - Röntgenstrahlung: mehrere Quellen - Quelle 1: Umlenkung eines schnellen geladenen Teilchens durch das Magnetfeld eines Atomkerns erzeugt [Bremsstrahlung](https://de.wikipedia.org/wiki/Bremsstrahlung) - Quelle 2: Elektronen in nicht komplett nackten Atomkernen können angeregt werden und diese Energie als Strahlung abgeben (vgl. [Lumineszenz](https://de.wikipedia.org/wiki/Lumineszenz) von sichtbarem Licht bei Raumtemperatur; bei Plasmatemperatur Strahlung im Röntgenspektrum) - Schirmung notwendig - Transport innerhalb des Plasmas - Plasmapartikel können miteinander kollidieren und damit aus ihrer Bahn geworfen werden - Grenze für Miniaturisierung: Torus muss groß genug sein, damit das Magnetfeld diese Streupartikel trotz hoher Geschwindigkeit hinreichend gut wieder einfangen kann - außerdem: komplizierte Wellendynamik innerhalb des Plasmas, die die Simulation von Plasmadynamik erheblich erschwert - Miniaturisierung eventuell möglich mittels [kugelförmiger statt donutförmiger Tokamaks](https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_tokamak) - Heizen des Plasmas in Tokamaks - initial Aufheizen ebenfalls durch den elektrischen Strom, der durch die Feldspulen induziert wird - Problem: heißes Plasma ist sehr gut leitend, aber durch den geringen Widerstand kaum Heizeffekt - Lösung: Heizen durch Neutronenstrahlen oder Hochfrequenzstrahlung; wird im japanischen Reaktor [JT-60SA](https://en.wikipedia.org/wiki/JT-60SA) studiert - Verunreinigungen durch schwere Atomkerne - Ursprung hauptsächlich in Abtrag der Reaktorinnenwand - Lösung: Konfiguration des Magnetfeldes so, dass die äußerste Schicht des Plasmas mit den meisten Verunreinigungen nicht in das Hauptvolumen gewälzt wird und stattdessen "abgeschabt" werden kann - Flussunterbrechung in Tokamaks - ab und zu bricht der Stromfluss im Tokamak-Plasma zusammen; Gründe noch nicht komplett geklärt, Vorhersage aktuell nicht möglich - Risiko: plötzlicher Zusammenbruch des magnetischen Einschluss beschleunigt Elektronen und schleudert sie gegen die Reaktorwand - Lösung: beim Beginn des Zusammenbruchs Einleitung von Edelgasen wie Argon oder Neon, um die Elektronenkaskade zu unterdrücken - Einschluss schneller Ionen - initiales Aufheizen des Plasmas durch Ionenstrahlen -> im Plasma Mischung aus thermischen Ionen (mit Energie entsprechend der allgemeinen Plasmatemperatur) und einigen sehr schnellen Ionen als Abfallprodukt des Heizprozesses - Einfluss auf die komplexe Wellendynamik; bei schnellen Ionen insb. [Alfvén-Wellen](https://en.wikipedia.org/wiki/Alfv%C3%A9n_wave) - derartige Wellenphänomene müssen für einen sicheren Betrieb technisch kontrolliert werden - in Stellaratoren zusätzliche Schwierigkeit durch das asymmetrische Magnetfeld: schnelle Ionen, die an einer Feldasymmetrie reflektiert werden, gehen sehr wahrscheinlich verloren - Tritiumproduktion für D-T-Fusion - Deuterium kann in ökonomischem Maßstab aus Wasser existiert werden - Tritium ist in der Natur zu rar, selbst im Nachgang der Atombombentests während des Kalten Kriegs - Idee: Fusion von Lithium mit Neutronen erzeugt Tritium und Helium - extrem starke Magnetfelder insb. in Stellaratoren - eigentlich offensichtlich, aber natürlich trotzdem ein Ingenieursproblem - ein Kollege von Yuriy hat am [Kurtschatow-Institut](https://de.wikipedia.org/wiki/Kurtschatow-Institut) ein Loch in der Wand gesehen, weil sich eine Schraube gelöst hat und durch die Magnetfelder zum Geschoss wurde - ähnliche Kräfte wirken auch auf die Spulen selbst, aber Deformation muss ausgeschlossen werden - Wendelstein 7-X verwendet ultratiefgekühlte Spulen aus supraleitenden Materialien in Stahlgehäusen - radioaktive Abfälle - fallen auch bei Fusionskraftwerken an - aber: mehrere Größenordnungen weniger als bei Kernspaltung (im Prinzip nur die Reaktorinnenwand und andere Komponenten, die das Plasma direkt berühren) - außerdem tendenziell sehr viel kürzere Halbwertszeiten als bei Spaltprodukten - Risiko: schnelle Neutronen aus der Fusionsreaktion könnten zum Brüten von Plutonium verwendet werden -> politische Regulierung notwendig - Praktikabilität von Trägheitsfusion - Problem: [Rayleigh-Taylor-Instabilität](https://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Taylor-Instabilit%C3%A4t) durch Asymmetrie der einschließenden Bestrahlung - Lösung: anstatt direkter Bestrahlung von einer festen Anzahl von Richtungen indirekte Bestrahlung eines umschließenden [schwarzen Körpers](https://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_K%C3%B6rper), der in allen Richtungen gleichmäßig strahlt - [kalte Fusion](https://de.wikipedia.org/wiki/Kalte_Fusion) - Fusion unter Temperaturen unterhalb von Plasma ist technisch gesehen möglich - Problem: keine positive Energiebilanz (mehr Energie aufgewendet, als aus der Fusion herauskommt) - alle vorgeblichen Gegenbeweise und ihre Fürsprecher sind extrem zweifelhaft ### Notizen aus der Vorausarbeitung - Technische Herausforderungen - Positive Energiebilanz: Mehr Energie gewinnen als eingesetzt wird - Plasma-Einschluss bei extremen Temperaturen - Begrenzte Tritium-Verfügbarkeit (weltweit nur ca. 20 kg) - Zuverlässige Tritium-Erbrütung noch zu demonstrieren - Materialprobleme - Hoher Beryllium-Bedarf übersteigt aktuelle Produktionskapazitäten - Radioaktive Verunreinigungen im Beryllium - Materialermüdung durch Neutronenbestrahlung - Wirtschaftliche Faktoren - Hohe Bau- und Entwicklungskosten - Unsichere Stilllegungskosten - Konkurrenz durch günstigere Energieformen - strategische Fragen - Fusionsreaktoren sind gross einfacher zu realisieren - Zentralisierung des Stromsystems - Wenig Resilienz - schlechte Steuerbarkeit - Verschiedene Fusionsansätze mit eigenen Herausforderungen - Tokamak (ITER): komplexe Magnettechnologie - Die Magneten sind eigentlich eher einfach - Man muss eine Stromrampe fahren was zur Notwendigkeit von Zyklen führt - Stellarator (Wendelstein-7X): schwierige Plasmasteuerung - Kontinuierliches Plasma - komplexe Magenetgeometrien - Trägheitseinschluss: Lasertechnik oder Projektile - Eher zur Simulation von Fusionswaffen geeignet - Z-Pinch: Plasmastabilität - Alternative Konzepte (z.B. Helion): noch zu beweisen - Links - [Real Engineering: The Problem with Nuclear Fusion](https://www.youtube.com/watch?v=BzK0ydOF0oU) - [Sabine Hossenfelder: Nuclear Fusion Predictions are Nonsense](https://www.youtube.com/watch?v=RbZ-XYy0k10) - mit Bezug zu