Diskussion:Trägheitsfusion

message: 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)
thread_title:  Beleg für die Inbetriebnahme (NGI) gefunden 

message: 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)
replies: text: 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)
thread_title:  Info 

message: 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)
replies: text: 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)
thread_title:  "Successful Ignition Test" 2010 bei NIF? 

message: 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)
thread_title:  Schutz der Optik? 

message: 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)
thread_title:  MW versus MJ 

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

message: 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 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 und in den 1980er Jahren dem deutlich leistungsfähigeren NOVA-Laser. 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.  
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“-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 an der University of Rochester, USA, sowie der GEKKO-Anlage 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“ 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. 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)  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)
thread_title: Umstrukturierung der Seite Trägheitsfusion

message: 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)  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)
thread_title: 4 Forschungsüberblick

message: 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)
thread_title: Ionenstrahltreiber

message: ====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)
thread_title: Forschungsüberblick

message: 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)
thread_title: Laser-Strahlfusion der Proton-Bor-Reaktion

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

message: 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)
replies: text: 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)
thread_title:  Umzug auf die Artikelseite?