Warum kann man Fusionsreaktoren wie ITER nicht einfach kleiner bauen?

Ausführliche Antwort

Damit eine Fusionsreaktion eine netto Energie liefert, muss das ➚ Lawson-Kriterium erfüllt sein: „Das Produkt aus Teilchendichte * Temperatur * Energieeinschlusszeit (Triple Product nTτ) muss einen Mindestwert überschreiten“. Umschrieben bedeutet das Problem: Je kleiner der Reaktor ist, desto größer ist der relative Energieverlust. Dieses Kriterium soll für den magnetischen Einschluss ebenso wie für die Laserfusion gleichermaßen gelten.

Analogie: Teile dieses Zusammenhangs kennen wir auch aus dem Alltag: Säuglinge kühlen wegen ihrer größeren relativen Oberfläche schneller aus, als Erwachsene. Außerdem haben die Säuglinge weniger Masse, d.h. sie können weniger Wärme speichern. Der kleine „Baby-Reaktor“ würde es ohne Bekleidung nicht schaffen, den Wärmeverlust durch eigenen Stoffwechsel auszugleichen.
Und versuche einmal ein Lagerfeuer anzuzünden, das aus locker übereinander gelegten dünnen Zweigen besteht. Es geht besser, wenn man die Zweige zerkleinert und damit dichter legt.

Erreichte und projektierte Plasma Tripelprodukte

Wurzel und Hsu haben retrospektiv experimentell erreichte Triple Produkte von Fusionsexperimenten ergänzt mit Werten von projektierten Anlagen gegenüber der Temperatur im Reaktor aufgetragen (1). Die rechte rote Skala stellt den sogenannten Q-Wert (Synonyme ➚ Energieverstärkungsfaktor bzw. Fusionsenergie-Gewinnfaktor) dar.

Bevor man sich in die folgenden Abbildungen einliest, muss man sich nochmals vergegenwärtigen, dass hier zwar retrospektiv experimentell erreichte Triple Produkte eingetragen wurden. Aber diese müssen nicht anhand der D-T Fusion bestimmt worden sein. So wurde z.B. der Stellarator ➚ Wendelstein 7 überhaupt nicht für die D-T Fusion ausgelegt (2). Und ITERInternational Thermonuclear Experimental Reactor wird seine D-T Fusionsversuche erst 2035 aufnehmen!

Wurzel und Hsu trugen diese Werte dann auch gegenüber den Jahren auf, in denen diese Werte erreicht wurden bzw. für die diese Werte angekündigt worden sind.

Und wir sehen, dass man 70 Jahre benötigt hat, um in die Nähe von Q-Wert = 1 zu kommen. Aber das ist noch nicht genug!

Das Lawson-Kriterium nur ein notwendiges Kriterium

Jede Annäherung an das Lawson-Kriterium wird zwar von Plasma-Physikern gefeiert, aber das ist eben nur ein notwendiges Kriterium für die Kernfusion.

Der oben erwähnte Q-Faktor ist nur das Verhältnis zwischen im Plasma erzeugter Fusionsleistung und außen zugeführter Heizleistung. Das hat aber nichts mit dem späteren Wirkungsgrad eines realen Reaktors, der Strom erzeugen soll, zu tun. Und man kann schon ahnen – sollte es doch einmal einen funktionierenden Fusionsreaktor geben, wird er unwirtschaftlich sein!

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Literatur

1. Wurzel S.E., Hsu S. "Continuing progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criteria" Phys. Plasmas 32, 112106 (2025)
   ➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 08.02.2026
2. Wanner M., Feist J.-H, Renner H. u.a. : "Design and construction of WENDELSTEIN 7-X" Fusion Engineering and Design, Volumes 56–57, 2001, Pages 155-162, ISSN 0920-3796,
   ➚ Quelle im Internet zuletzt abgerufen am 03.04.2026

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