Verfolgung internationaler Entwicklungen in der Kernfusion

Abstract

Die Entwicklung von Fusionskraftwerken ist eine große wissenschaftliche und technische Herausforderung, weshalb vielfältige Ansätze und Wege verfolgt werden, um die Erfolgswahrscheinlichkeit zu maximieren. Nicht mehr nur die Wissenschaft und öffentliche Forschungseinrichtungen, sondern immer mehr private Unternehmen stellen sich der Herausforderung, Kernfusion kommerziell nutzbar zu machen. Nach wie vor sind auf dem magnetischen Einschluss basierende Konzepte (Tokamak, Stellarator) ihren Entwicklungsstand betreffend weiter fortgeschritten als Trägheitsfusions-Konzepte. Für die europäischen DEMO-Konzepte wurden international bereits zahlreiche sicherheitstechnische Untersuchungen durchgeführt. Aufbauend auf /GRS 23/ werden in diesem Bericht neu veröffentlichte Ereignisablaufanalysen für europäische DEMO‑Anlagen systematisch ausgewertet. Schwerpunkt sind hierbei Transienten der wassergekühlten Lithium-Blei-Blankets, insbesondere Strömungsverluste im primären Wasser- und Flüssigmetallkreislauf sowie mehrere Tritiumfreisetzungsszenarien im inneren und äußeren Tritiumkreislauf. Weiterhin wird ein Überblick über den technologischen Stand der lasergetriebenen Trägheitsfusion gegeben und es werden die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien sowie die aktuell verfolgten Anlagenkonzepte beschrieben. Es wird gezeigt, dass trotz wichtiger wissenschaftlicher Fortschritte, einschließlich der experimentellen Zündung einzelner Targets, erhebliche technologische Hürden für einen Kraftwerksbetrieb bestehen. Dazu zählen nicht nur die notwendige Effizienzsteigerung der Lasersysteme und die Massenproduktion qualitativ homogener Brennstoffkapseln, sondern auch ungelöste Fragen zur Wärmeabfuhr, Materialbeständigkeit und Tritiumbereitstellung. Daneben wurden Recherchen zu Sicherheitsfunktionen und sicherheitsrelevanten Systemen durchgeführt. Da weder ein Referenzdesign noch belastbare Werkstoff- und Betriebsdaten für Trägheitsfusionsanlagen existieren, können Sicherheitsfunktionen und relevante Systeme nur qualitativ beschrieben werden. Die radiologischen Konsequenzen möglicher Störfallszenarien hängen stark vom späteren Design ab. Ohne tragfähiges Referenzdesign können Sicherheitsfunktionen und -systeme nicht abschließend spezifiziert werden. Abschließend wird ein systematischer Überblick über den internationalen Regulierungsstand in unterschiedlichen Ländern gegeben. Dieser zeigt, dass die Regulierungsbehörden weltweit stark unterschiedliche, aber zunehmend risikobasierte und technologieoffene Ansätze verfolgen. Der TECDOC 2115 der internationalen Atomenergieorganisation (International Atomic Energy Agency, IAEA) betont die Notwendigkeit harmonisierter, abgestufter Regulierungsansätze und hebt hervor, dass weltweit noch große Lücken in Normung, Begrifflichkeit und Bewertungsmethodik bestehen. Insgesamt befindet sich der Regulierungsrahmen in einer frühen Phase, die von Unsicherheiten geprägt ist, jedoch zunehmend strukturiert wird.