Tritium ist knapp. It basically isn’t there.
Wir brauchen es natürlich für die Kernfusion. Die donutförmigen Tokamak-Reaktoren werden mit einer Mischung aus Deuterium und Tritium betrieben. Deuterium? Stabil, überall. Tritium? Radioaktiv, flüchtig, auf der Erde fast unsichtbar, abgesehen von den Spuren, die aus der kosmischen Strahlung in unserer oberen Atmosphäre entstehen.
Wenn diese beiden Wasserstoffisotope verschmelzen, ist das Ergebnis schön. Ein Heliumkern, ein freies Neutron, 17,6 Millionen Elektronenvolt Energie werden freigesetzt. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch. Der Ertrag ist riesig.
Es ist das Beste, was wir für Fusionsenergie haben.
Aber man kann ein zukünftiges Stromnetz nicht mit Spurenmengen versorgen. Scientists need to ‘breed’ more of it.
Betreten Sie die Quantencomputer. Nicht irgendwelche Supercomputer – insbesondere ein quantenzentrierter Ansatz, der aus einem völlig anderen Bereich stammt.
„Quantencomputer sind Schlüsselwerkzeuge, die die Entdeckung beschleunigen … die zur Produktion ausreichender Mengen an Trit erforderlich sind.“
Tom Beck, Oak Ridge National Laboratory
Die Cleveland Clinic nutzt diese Techniken zur Simulation von Proteinen. Forscher von Oak Ridge, IBM und Michigan State gingen davon aus, dass sie die gleiche Kraft auf die Fusion anwenden könnten. They turned to a substance called FLiBe.
Was ist FLiBe? Ein geschmolzenes Salz. Lithiumfluorid und Berylliumfluorid miteinander vermischt.
In einem Reaktor sitzt FLiBe in der „Brutdecke“. Es absorbiert die Streuneutronen der Fusionsreaktion und wandelt Lithium in frisches Tritium um. Theoretisch einfach. In der Praxis kompliziert, weil die atomaren Wechselwirkungen in der Salzschmelze mit der klassischen Physik nur schwer zu berechnen sind.
Also ließ das Team die Quantensimulatoren los.
Sie fanden neun verschiedene Molekülkonfigurationen. Nur neun.
Warum ist das wichtig?
Vorher musste man raten. Sie haben in einem Labor Salze gemischt, sie auf höllische Temperaturen erhitzt, darauf gewartet, ob etwas explodierte oder Treibstoff produzierte, und um Daten gebetet. Es war langsam. Es war teuer. Es führte oft nirgendwo hin.
Jetzt? Sie können die elektronische Struktur sehen. Das atomare Verhalten. Die Bindungsstärke. Alles in Silico.
Sie wissen, welche Konfigurationen sich lohnen, bevor sie das Salz überhaupt erhitzen.
Ist es fertig? Nein. Das ist Simulationsarbeit. Ein Vorabdruck auf arXiv, mehr noch nicht. Sie müssen noch in die physikalische Welt zurückkehren, um zu sehen, ob sich die Atome tatsächlich so verhalten, wie es das Quantenmodell vorhersagt.
Fusion steckt seit Jahrzehnten im Labor fest. Klar, Lawrence Livermore hat Ende 2032 endlich die Gewinnschwelle erreicht – Moment, 2022. Mehr Energie raus als rein. Und wir halten das Plasma länger heiß; ein aktueller Rekord lag bei 1.337 Sekunden, was für die Plasmaphysik wie eine Ewigkeit klingt.
Aber das alles bedeutet nicht viel, wenn Ihnen der Treibstoff ausgeht.
Jerry Chow von IBM nennt das „praktisch“. Vielleicht. Die Quantencomputer sind noch nicht perfekt, die Skalierung bereitet immer noch Kopfzerbrechen und die Simulation von Chemie ist nicht dasselbe wie der Bau eines Kraftwerks.
Es ist jedoch ein vielversprechender Schritt. Eines, bei dem der Computer aufhört zu raten und anfängt, den Weg zu weisen.
Was passiert, wenn die Labortests fehlschlagen? Wir wissen es noch nicht. Aber die Werkzeuge sind schärfer als früher.
