100 Jahre Relativitätstheorie: Grundstein für Atomzeitalter

Am 30. Juni 1905 hatte Einstein seine Spezielle Relativitätstheorie - eine von fünf bahnbrechenden Arbeiten aus seinem "annus mirabilis" (Wunderjahr) - beim Fachblatt "Annalen der Physik" eingereicht. Unter dem Titel "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" beschreibt er, wie zwei relativ zueinander bewegte Beobachter sich gegenseitig wahrnehmen.

Kurz darauf fiel dem 26-jährigen Berner Patentbeamten eine weitere Konsequenz seines Relativitätsprinzips auf: Es verlangt, dass die Masse eines Körpers (m) - multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c) - ein direktes Mass für seinen Energiegehalt ist. Die berühmte Formel E=mc² war geboren. "Die Überlegung ist lustig und bestechend; aber ob der Herrgott nicht darüber lacht und mich an der Nase herumgeführt hat, das kann ich nicht wissen", schrieb das Physikgenie seinem Freund Conrad Habicht.

Im rund 15 Millionen Grad Celsius heissen Glutofen der Sonne verschmelzen Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Dabei wird eine gigantische Energiemenge frei. Auch auf der Erde würde die Kernfusion aus den Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium eine schier unerschöpfliche Energiequelle darstellen: Ein einzelnes Gramm Brennstoff kann nach IPP-Angaben so viel Energie freisetzen wie elf Tonnen (elf Millionen Gramm) Kohle - und das völlig ohne das klimaschädliche Kohlendioxid. Zudem ist der Fusionsbrennstoff nahezu überall vorhanden: "Zwei Liter Wasser und ein halbes Pfund Gestein enthalten die Rohstoffe für den jährlichen Stromverbrauch einer ganzen Familie", betont IPP-Sprecherin Isabella Milch.

Als Vorteil der Technik betonen die Physiker auch Sicherheitsaspekte. Anders als ein Kernspaltungskraftwerk besitzt ein Fusionsreaktor kein grosses Inventar an radioaktivem Brennstoff. Und anders als bei der Kernspaltung läuft die Kernverschmelzung nicht in einer Kettenreaktion ab, die sich verselbstständigen kann. Der Brennstoff muss ständig nachgefüttert werden. "Das ist wie beim Vergaser eines Autos: Wenn Sie keinen Brennstoff mehr hineinpumpen, hört auch die Verbrennung auf", erläutert Bradshaw.

Zudem entsteht im direkten Fusionsprozess kein radioaktiver Abfall. Lediglich das strahlende Reaktorgefäss muss nach Betriebsende sicher entsorgt werden. Nach 100 bis 500 Jahren ist die Radioaktivität dieses Materials nach IPP-Angaben vergleichbar mit derjenigen aus der gesamten Kohleasche eines leistungsgleichen Kohlekraftwerks, die immer auch natürliche radioaktive Stoffe enthält.

Trotz jahrzehntelanger Forschung ist die Kernfusion allerdings nach Expertenschätzung noch immer rund 40 Jahre von der kommerziellen Anwendung entfernt - eine Zeitspanne, die schon in den 60er Jahren genannt wurde. Einen stabilen Fusionsprozess aufrecht zu halten, erwies sich als kompliziert. Denn die Bedingungen für eine Kernverschmelzung sind extrem: Der Brennstoff muss auf rund 100 Millionen Grad Celsius erhitzt und dabei berührungslos in der Brennkammer eingeschlossen werden. Dazu sind sehr starke Magnetfelder mit der richtigen Struktur nötig.

Erstmals gelang es 1991 am europäischen Forschungsreaktor JET, eine nennenswerte Fusionsleistung zu erzeugen. 1997 legte JET dann nach und lieferte in zwei Sekunden immerhin rund 65 Prozent der Energie zurück, die zum Zünden der Fusion hineingesteckt werden mussten - ein bis heute ungebrochener Rekord. Die internationale Testanlage ITER, die nun im südfranzösischen Cadarache entstehen wird, soll zehn Mal mehr Energie freisetzen als zum Zünden des Fusionsfeuers nötig ist.