Der STARFIRE Hub – eine vom US-Energieministerium geförderte Initiative zur Entwicklung von Fusionsenergie-Lösungen unter der Leitung des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) – begrüßt fünf Neumitglieder in seiner Arbeitsgruppe für Diodenlaser-Technologie. Wie das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT berichtet, verstärken zwei deutsche Forschungsinstitute und drei global führende Unternehmen STARFIRE mit erstklassigem Diodenlaser-Know-how bei der Entwicklung der technologischen Grundlagen für die laserbasierte Trägheitsfusion.
Wir freuen uns sehr, eine Gruppe renommierter Organisationen im STARFIRE Hub willkommen zu heißen, sagt Will Fenwick, Leiter der STARFIRE-Arbeitsgruppe für Diodenlasertechnologie. Ihr gebündeltes Fachwissen wird Fenwick zufolge entscheidend dazu beitragen, die Entwicklung jener Diodenlasertechnologie voranzutreiben, die für die Realisierung von Kraftwerken auf Basis der Trägheitsfusion erforderlich sei.
Um die Trägheitsfusion (Inertial Confinement Fusion, ICF) für Kraftwerke nutzbar zu machen, sind grundlegend neue, auf Diodentechnologie basierende Anlagenkonzepte gefragt. Zwar hat die National Ignition Facility (NIF) am LLNL seit Dezember 2022 in vielfach wiederholten Experimenten nachgewiesen, dass es möglich ist, per Laser ein Fusionsplasma aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium mit Energiegewinn zu zünden. Doch in der Versuchsanlage dienen Blitzlampen zum Pumpen des weltweit größten und stärksten Lasersystems. Diese Aufgabe sollen in Fusionskraftwerken der Zukunft hocheffiziente Diodenlaser übernehmen. Mit minimiertem Energieeinsatz und hohem Energieoutput müssen diese eine Frequenz von zehn bis 20 Pumppulsen pro Sekunde (10–20 Hz) gewährleisten, ohne zu überhitzen. Das Pumplicht stellt dabei die Energie bereit, um die Laserstrahlung zur Zündung des Fusionsplasmas bis in den Megajoule-Bereich zu verstärken.
Querschnitt der Fusionskammer in der Visualisierung eines Trägheitsfusionskraftwerks; darin werden mithilfe von Lasern zehnmal pro Sekunde etwa pfefferkorngroße Pellets mit dem Brennstoff Deuterium Tritium gezündet, um klimaneutrale Energie zu erzeugen (© Fraunhofer ILT, Aachen)
Roadmap für Hochleistungslaserdioden der nächsten Generation
Die nun erweiterte Arbeitsgruppe wird sich mit technischen Anforderungen befassen, Machbarkeitsstudien und Versuchsreihen durchführen und Innovationen vorantreiben, um die Weiterentwicklung von Hochleistungsdioden branchenweit zu unterstützen. Ein Ziel ist die Harmonisierung der Anforderungen an IFE-Lasertreiber und -dioden. Auch die Verständigung auf definierte Zuverlässigkeitskriterien sowie eine Norm für deren Prüfungen stehen auf der Agenda. Dafür sind unter anderem laborübergreifende Tests zum Vergleich der Dioden-Performance an mehreren Standorten geplant, die die Arbeitsgruppe koordinieren wird.
Paul Crump, Leiter des High-Power Diode Lasers Labs am Ferdinand-Braun-Institut – Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin, übernimmt zusammen mit Will Fenwick vom LLNL die Leitung der neu gegründeten Arbeitsgruppe. Neben dem FBH arbeitet mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen ein weiteres Forschungsinstitut in der STARFIRE-Arbeitsgruppe für Diodentechnologie mit. Es war ebenso wie Trumpf Photonics und Leonardo Electronics bereits Mitglied des STARFIRE-Hubs. Nun stoßen mit Coherent, Hamamatsu Photonics K. K. und Lumibird im Rahmen der neuen Arbeitsgruppe drei weitere international führende Unternehmen aus dem Bereich der Diodenlasertechnologie dazu.
Lieferketten für die nächste Generation von Fusionsenergielösungen
Die Aufnahme der neuen Mitglieder unterstreicht nach Aussage von Tammy Ma, Leiterin der Inertial Fusion Energy Institutional Initiative des LLNL, das Engagement des STARFIRE Hubs für ein verstärktes Miteinander in der Industrie und Forschung. Gemeinsam legen wir den Grundstein für die nächste Generation von Fusionsenergielösungen. Dafür gilt es, die Lieferketten gezielt zu stärken. Beim IFE-STARFIRE-Hub handelt es sich um eine vom US-Energieministerium, Abteilung Fusion Energy Sciences, geförderte Initiative.
Kontakt
Dr. rer. nat. Martin Adams, Gruppenleiter Computational Methods, E-Mail: martin.adams@ilt.fraunhofer.de
Dr. rer. nat. Sarah Klein, Gruppe Optikdesign und Diodenlaser, E-Mail: sarah.klein@ilt.fraunhofer.de
- www.ilt.fraunhofer.de
Text zum Titelbild: Visualisierung eines Diodenlasermoduls mit Strahlformung zum Pumpen von Plattenstapelverstärkern in Hochenergielasern; solche Diodenlaser-Pumpmodule gelten als Schlüsselkomponente für Fusionskraftwerke der Zukunft (© Fraunhofer ILT, Aachen)
