Rarer Treibstoff: Quantencomputer löst Tritium-Problem der Kernfusion

Quantenzentrierte Supercomputer könnten die Entwicklung der Kernfusion entscheidend voranbringen. Sie sollen ein Problem mit dem Treibstoff der Anlagen lösen, das bisher noch nicht besonders gut bewältigt werden konnte.

Das Salz in der Suppe

Ein internationales Forschungsteam hat mithilfe der Quantencomputer-Technologie erstmals neun vielversprechende molekulare Strukturen eines speziellen Salzgemischs identifiziert, das für die Herstellung des seltenen Wasserstoffisotops Tritium benötigt wird. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, eines der größten Hindernisse auf dem Weg zu kommerziell nutzbaren Fusionskraftwerken zu überwinden.

Kernfusion gilt als vielversprechende Energiequelle der Zukunft. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen entstehen dabei keine Treibhausgase, zudem fällt deutlich weniger radioaktiver Abfall an als bei der Kernspaltung. Allerdings scheitert die praktische Nutzung bislang an zahlreichen technischen Herausforderungen. Eine davon ist die Versorgung mit Tritium, das zusammen mit Deuterium als bevorzugter Brennstoff für die meisten Fusionsreaktoren dient. Während Deuterium auf der Erde vergleichsweise häufig vorkommt, existiert Tritium in der Natur nur in verschwindend geringen Mengen.


Deshalb arbeiten Forschende an Verfahren, Tritium direkt im Fusionsreaktor zu erzeugen. Eine Schlüsselrolle spielt dabei FLiBe, ein geschmolzenes Salz aus Lithiumfluorid und Berylliumfluorid. Dieses Material bildet im Reaktor den sogenannten Brutmantel, in dem Tritium unter dem Beschuss energiereicher Neutronen entstehen kann.

Die richtige Mischung

Bei der Arbeit daran nutzten Wissenschaftler nun eine quantenzentrierte Supercomputing-Methode, die ursprünglich zur Simulation von Proteinstrukturen entwickelt worden war. Die Berechnungen lieferten neun unterschiedliche Konfigurationen von FLiBe und ermöglichten detaillierte Einblicke in dessen elektrische Struktur, das Verhalten der Atome sowie die chemischen Bindungen.

Die Forscher betonen jedoch, dass es sich bislang ausschließlich um Computersimulationen handelt. Ob sich die identifizierten Strukturen tatsächlich für eine effiziente Tritiumproduktion eignen, muss nun in Laborversuchen überprüft werden.

Dennoch sehen die Beteiligten großes Potenzial. Mithilfe der Simulationen lassen sich aussichtsreiche Materialvarianten bereits vor aufwendigen Experimenten auswählen. Das könnte Zeit und Kosten in der Materialforschung erheblich reduzieren und die Entwicklung geeigneter Brutmaterialien beschleunigen.

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