TEDGlobal 2009
Steven Cowley: Fusion is energy's future
Steven Cowley: Kernfusion ist die Zukunft der Energie
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Physiker Steven Cowley ist sich sicher, dass Kernfusion die einzige wirklich nachhaltige Lösung der Brennstoffkrise ist. Er erklärt, warum die Kernschmelze funktionieren wird - und beschreibt detailliert das Projekt, dem sich er und viele andere gewidmet haben, die rund um die Uhr daran arbeiten, eine neue Energiequelle zu gewinnen.
Steven Cowley - Physicist
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
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The key question is, "When are we going to get fusion?"
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Die zentrale Frage ist: "Wann bekommen wir die Kernfusion?"
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It's really been a long time since we've known about fusion.
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5000
3000
Wir kennen die Fusion nämlich schon sehr lang.
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We've known about fusion since 1920,
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8000
2000
Schon seit 1920,
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when Sir Arthur Stanley Eddington
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10000
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als Sir Arhur Eddington
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and the British Association for the Advancement of Science
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12000
3000
und die britische Gesellschaft für Wissenschaftsförderung
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conjectured that that's why the sun shines.
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3000
vermutete, dass deswegen die Sonne scheint.
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I've always been very worried about resource.
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18000
3000
Ich habe mich schon immer um unsere Ressourcen gesorgt.
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I don't know about you, but
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21000
2000
Ich weiß nicht, wie es bei Ihnen war, aber
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when my mother gave me food,
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23000
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wenn meine Mutter mir Essen gab,
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I always sorted the ones I disliked
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25000
3000
trennte ich das, was ich nicht mochte,
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from the ones I liked.
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28000
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immer von dem, was ich mochte.
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And I ate the disliked ones first,
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Und was ich nicht mochte, aß ich zuerst,
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because the ones you like, you want to save.
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denn was man mag, will man bewahren.
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And as a child you're always worried about resource.
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36000
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Als Kind macht man sich immer Sorgen um Ressourcen.
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And once it was sort of explained to me
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39000
3000
Seitdem mir erklärt wurde,
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how fast we were using up the world's resources,
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wie schnell wir die Vorräte der Welt aufbrauchen,
01:01
I got very upset,
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46000
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war ich sehr bestürzt,
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about as upset as I did when I realized
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48000
2000
fast so wie als mir klar wurde,
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that the Earth will only last about five billion years
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50000
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dass die Erde nur etwa fünf Milliarden Jahre bestehen wird,
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before it's swallowed by the sun.
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52000
3000
ehe sie von der Sonne verschluckt wird.
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Big events in my life,
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Große Ergeignisse in meinem Leben,
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a strange child.
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58000
2000
ein seltsames Kind.
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(Laughter)
22
60000
1000
(Lachen)
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Energy, at the moment, is dominated by resource.
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61000
3000
Energie wird zur Zeit von Vorkommen beherrscht.
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The countries that make a lot of money out of energy
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64000
3000
Die Länder, die eine Menge Geld mit Energie verdienen,
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have something underneath them.
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67000
3000
haben Bodenschätze.
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Coal-powered industrial revolution in this country --
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70000
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Industrielle Revolution durch Kohle bei uns -
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oil, gas, sorry.
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74000
4000
Öl, Gas, Fehlanzeige.
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(Laughter)
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78000
3000
(Lachen)
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Gas, I'm probably the only person
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81000
2000
Gas, ich bin wohl der einzige Mensch,
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who really enjoys it when Mister Putin
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83000
2000
den es wirklich freut, wenn Herr Putin
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turns off the gas tap, because my budget goes up.
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85000
3000
den Gashahn zudreht, denn ich erhalte dann ein größeres Budget.
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We're really dominated now
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88000
5000
Wir werden heute wirklich beherrscht
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by those things that we're using up faster and faster and faster.
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93000
5000
von diesen Dingen, die wir immer schneller aufbrauchen.
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And as we try to lift billions of people out of poverty
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98000
3000
Und während wir versuchen, Milliarden Menschen aus der Armut zu befördern,
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in the Third World, in the developing world,
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101000
4000
in der dritten Welt, in den Entwicklungsländern,
02:00
we're using energy faster and faster.
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105000
2000
wächst unser Energiehunger mehr und mehr.
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And those resources are going away.
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107000
2000
Aber diese Ressourcen verschwinden.
02:04
And the way we'll make energy in the future
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109000
2000
Und in Zukunft werden wie Energie
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is not from resource,
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3000
nicht aus Ressourcen gewinnen,
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it's really from knowledge.
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114000
2000
sondern aus Wissen.
02:11
If you look 50 years into the future,
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116000
3000
Wenn man 50 Jahre nach vorn in die Zukunft blickt,
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the way we probably will be making energy
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119000
2000
wird die Art der Energiegewinnung
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is probably one of these three,
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121000
3000
wahrscheinlich eine der folgenden drei sein:
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with some wind, with some other things,
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124000
2000
mit etwas Wind, mit einigen anderen Dingen,
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but these are going to be the base load energy drivers.
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126000
3000
aber diese werden die Grundlast-Energie erbringen.
02:24
Solar can do it, and we certainly have to develop solar.
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129000
5000
Solarenergie kann es schaffen, und darin müssen wir sicherlich vorankommen.
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But we have a lot of knowledge to gain before we can make solar
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134000
3000
Aber wir müssen noch viel lernen, ehe wir aus Solarenergie
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the base load energy supply for the world.
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137000
4000
den Grundlast-Energiebedarf decken können.
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Fission.
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141000
3000
Kernspaltung.
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Our government is going to put in six new nuclear power stations.
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144000
4000
Unsere Regierung errichtet gerade sechs neue Kernkraftwerke.
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They're going to put in six new nuclear power stations,
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148000
2000
Sie bauen sechs neue Kernkraftwerke
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and probably more after that.
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150000
2000
und danach wahrscheinlich weitere.
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China is building nuclear power stations. Everybody is.
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152000
2000
China baut Kernkraftwerke. Alle machen das.
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Because they know that that is one sure way
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154000
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Weil sie wissen, dass dies ein einfacher Weg
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to do carbon-free energy.
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157000
4000
zu Energie ohne Treibhausgase ist.
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But if you wanted to know what the perfect energy source is,
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161000
3000
Aber wollen Sie wissen, was die perfekte Energiequelle ist:
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the perfect energy source is one
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164000
2000
Die perfekte Energiequelle ist eine,
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that doesn't take up much space,
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166000
3000
die nicht viel Raum braucht,
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has a virtually inexhaustible supply,
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169000
3000
praktisch unerschöpflich ist,
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is safe, doesn't put any carbon into the atmosphere,
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172000
4000
sicher ist, kein Treibhausgas in die Atmosphäre freisetzt,
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doesn't leave any long-lived radioactive waste:
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176000
4000
und keinen dauerhaft radioaktiven Müll hinterlässt:
03:15
it's fusion.
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180000
2000
Fusion.
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But there is a catch. Of course there is always a catch in these cases.
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182000
2000
Die Sache hat aber einen Haken, wie immer bei diesen Dingen.
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Fusion is very hard to do.
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184000
3000
Fusion ist sehr schwierig zu bewerkstelligen.
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We've been trying for 50 years.
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187000
3000
Wir versuchen es seit 50 jahren.
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Okay. What is fusion? Here comes the nuclear physics.
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190000
3000
Also, was ist Fusion? Hier etwas Kernphysik:
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And sorry about that, but this is what turns me on.
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193000
3000
Sie müssen entschuldigen, aber das ist es, was mich anmacht.
03:31
(Laughter)
68
196000
2000
(Lachen)
03:33
I was a strange child.
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198000
4000
Ich war eben schon immer ein seltsames Kind.
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Nuclear energy comes for a simple reason.
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202000
4000
Kernenergie entsteht aus einem einfachen Grund.
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The most stable nucleus is iron, right in the middle of the periodic table.
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206000
4000
Der stabilste Kern ist Eisen, genau in der Mitte des Periodensystems.
03:45
It's a medium-sized nucleus.
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210000
2000
Es ist ein Kern mittlerer Größe.
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And you want to go towards iron if you want to get energy.
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212000
4000
Und man will zu Eisen gelangen, wenn man Energie will.
03:51
So, uranium, which is very big, wants to split.
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216000
3000
Uran, das sehr schwer ist, will sich spalten.
03:54
But small atoms want to join together,
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219000
3000
Aber kleine Atome wollen verschmelzen,
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small nuclei want to join together
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222000
2000
kleine Kerne wollen verschmelzen,
03:59
to make bigger ones to go towards iron.
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224000
2000
um größere in Richtung Eisen zu bilden.
04:01
And you can get energy out this way.
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226000
2000
So erhält man Energie.
04:03
And indeed that's exactly what stars do.
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228000
2000
Und tatsächlich machen Sterne genau dasselbe.
04:05
In the middle of stars, you're joining hydrogen together to make helium
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230000
4000
Im Zentrum von Sternen verschmilzt Wasserstoff zu Helium,
04:09
and then helium together to make carbon,
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234000
2000
und dann Helium zu Kohlenstoff, um daraus Sauerstoff zu machen.
04:11
to make oxygen, all the things that you're made of
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236000
2000
All das, woraus wir bestehen,
04:13
are made in the middle of stars.
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238000
3000
ensteht im Zentrum von Sonnen.
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But it's a hard process to do
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241000
2000
Aber es ein anstrengender Vorgang,
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because, as you know, the middle of a star is quite hot,
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243000
3000
denn bekanntlich ist es im Zentrum der Sterne ziemlich heiß,
04:21
almost by definition.
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246000
4000
fast von Haus aus.
04:25
And there is one reaction
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250000
3000
Es gibt aber eine Reaktion, die wahrscheinlich
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that's probably the easiest fusion reaction to do.
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253000
5000
leichter als alle anderen Fusionsreaktionen zustandekommt:
04:33
It's between two isotopes of hydrogen, two kinds of hydrogen:
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258000
4000
die zwischen zwei Wasserstoff-Isotopen, zweier Arten des Wasserstoffs,
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deuterium, which is heavy hydrogen,
90
262000
3000
Deuterium, also schwerer Wasserstoff,
04:40
which you can get from seawater,
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265000
2000
dem man aus Meerwasser gewinnen kann,
04:42
and tritium which is super-heavy hydrogen.
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267000
4000
und Tritium, also superschwerer Wasserstoff.
04:46
These two nuclei, when they're far apart, are charged.
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271000
4000
Diese beiden Kerne sind geladen, wenn sie weit voneinander entfernt sind.
04:50
And you push them together and they repel.
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275000
3000
Wenn man sie zusammendrückt, stoßen sie einander ab.
04:53
But when you get them close enough,
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278000
2000
Wenn man sie aber dicht genug zusammenbringt,
04:55
something called the strong force starts to act
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280000
2000
wirkt etwas, das man starke Kernkraft nennt,
04:57
and pulls them together.
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282000
2000
und zieht sie zusammen.
04:59
So, most of the time they repel.
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284000
2000
Meistens also stoßen sie einander ab.
05:01
You get them closer and closer and closer and then at some point
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286000
2000
Man bringt sie einander näher und näher, und irgendwann
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the strong force grips them together.
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288000
3000
reißt die starke Kernkraft sie zusammen.
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For a moment they become helium 5,
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291000
2000
Für einen Augenblick werden sie Helium 5,
05:08
because they've got five particles inside them.
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293000
2000
denn sie bestehen aus 5 Teilchen.
05:10
So, that's that process there. Deuterium and tritium goes together
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295000
2000
Das also ist ungefähr der Vorgang, Deuterium und Tritium
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makes helium 5.
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297000
2000
verschmelzen zu Helium 5.
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Helium splits out, and a neutron comes out
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299000
3000
Das Helium trennt sich ab, und ein Neutron wird frei
05:17
and lots of energy comes out.
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302000
2000
und setzt eine Menge Energie frei.
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If you can get something to about 150 million degrees,
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304000
3000
Wenn man etwas auf etwa 150 Millionen Grad erhitzen kann,
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things will be rattling around so fast
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307000
2000
scheppern die Dinge so schnell umher,
05:24
that every time they collide in just the right configuration,
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309000
4000
das jedesmal wenn sie in gerade der richtigen Konfiguration zusammenprallen,
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this will happen, and it will release energy.
110
313000
2000
genau dies passiert und Energie freisetzt.
05:30
And that energy is what powers fusion.
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315000
4000
Und diese Energie ist es, die die Fusion befeuert.
05:34
And it's this reaction that we want to do.
112
319000
3000
Und es ist diese Reaktion, die wir haben wollen.
05:37
There is one trickiness about this reaction.
113
322000
3000
Es gibt eine Kniffligkeit bei dieser Reaktion,
05:40
Well, there is a trickiness that you have to make it 150 million degrees,
114
325000
3000
außer der, dass man 150 Millionen Grad braucht,
05:43
but there is a trickiness about the reaction yet.
115
328000
3000
denn auch die Reaktion selbst ist verzwickt.
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It's pretty hot.
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331000
2000
Sie ist sehr heiß.
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The trickiness about the reaction is that
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333000
2000
Die Verzwicktheit der Reaktion ist die,
05:50
tritium doesn't exist in nature.
118
335000
2000
dass Tritium in der Natur nicht vorkommt.
05:52
You have to make it from something else.
119
337000
2000
Man muss es aus etwas anderem herstellen.
05:54
And you make if from lithium. That reaction at the bottom,
120
339000
3000
Und man macht das mit Lithium. Die Reaktion dort unten,
05:57
that's lithium 6, plus a neutron,
121
342000
4000
das ist Lithium 6, plus ein Neutron,
06:01
will give you more helium, plus tritium.
122
346000
2000
erzeugt weiteres Helium, plus Tritium.
06:03
And that's the way you make your tritium.
123
348000
2000
Und so macht man Tritium.
06:05
But fortunately, if you can do this fusion reaction,
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350000
3000
Zum Glück erhält man ein Neutron, wenn man diese Fusionsreaktion
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you've got a neutron, so you can make that happen.
125
353000
4000
hinbekommt, und kann loslegen.
06:12
Now, why the hell would we bother to do this?
126
357000
3000
Nun, warum in aller Welt ist uns das so wichtig?
06:15
This is basically why we would bother to do it.
127
360000
3000
Hier sehen Sie im Grunde warum:
06:18
If you just plot how much fuel
128
363000
4000
Wenn man die verbleibenden Treibstoffvorräte
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we've got left, in units of
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367000
2000
in Einheiten des gegenwärtigen
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present world consumption.
130
369000
2000
Weltverbrauchs aufzeichnet,
06:26
And as you go across there you see
131
371000
3000
sieht man hier drüben, dass wir Öl nur noch für
06:29
a few tens of years of oil -- the blue line, by the way,
132
374000
2000
einige Jahrzehnte - nebenbei: die blaue Linie
06:31
is the lowest estimate of existing resources.
133
376000
3000
ist die niedrigste Schätzung bestehender Vorräte,
06:34
And the yellow line is the most optimistic estimate.
134
379000
4000
die gelbe Linie ist die optimistischste Schätzung -
06:38
And as you go across there you will see
135
383000
2000
sieht man also hier drüben, dass uns nur noch
06:40
that we've got a few tens of years, and perhaps 100 years
136
385000
2000
einige Jahrzehnte bleiben, vielleicht 100 Jahre,
06:42
of fossil fuels left.
137
387000
3000
bis unsere fossilen Brennstoffe erschöpft sind.
06:45
And god knows we don't really want to burn all of it,
138
390000
2000
Und weißgott, wir wollen wirklich nicht den letzten Rest verfeuern.
06:47
because it will make an awful lot of carbon in the air.
139
392000
2000
Denn das setzt eine ungeheure Menge Treibhasugase frei.
06:49
And then we get to uranium.
140
394000
3000
Und dann kommen wir zum Uran.
06:52
And with current reactor technology
141
397000
2000
Und bei der derzeitigen Reaktortechnik
06:54
we really don't have very much uranium.
142
399000
3000
haben wir wirklich nicht viel Uran.
06:57
And we will have to extract uranium from sea water,
143
402000
2000
Dann müssen wir Uran aus dem Meerwasser gewinnen,
06:59
which is the yellow line,
144
404000
2000
wie die gelbe Linie zeigt,
07:01
to make conventional nuclear power stations
145
406000
3000
damit herkömmliche Kernkraftwerke
07:04
actually do very much for us.
146
409000
2000
uns wirklich etwas nützen.
07:06
This is a bit shocking, because in fact our government
147
411000
2000
Das ist schon etwas schockierend, denn unsere Regierung
07:08
is relying on that for us to meet Kyoto,
148
413000
3000
vertraut ja darauf, dass wir das Kyoto-Protokoll erfüllen
07:11
and do all those kind of things.
149
416000
2000
und alles Notwendige dafür tun.
07:13
To go any further you would have to have breeder technology.
150
418000
2000
Für mehr bräuchten wir die Brütertechnologie,
07:15
And breeder technology is fast breeders. And that's pretty dangerous.
151
420000
4000
und das bedeutet schnelle Brüter, was ziemlich gefährlich ist.
07:19
The big thing, on the right,
152
424000
2000
Das große Ding hier rechts
07:21
is the lithium we have in the world.
153
426000
2000
ist unser Lithiumvorrat.
07:23
And lithium is in sea water. That's the yellow line.
154
428000
3000
Lithium ist im Meerwasser - die gelbe Linie.
07:26
And we have 30 million years worth of fusion fuel in sea water.
155
431000
4000
Im Meer befindet sich Fusionstreibstoff für 30 Millionen Jahre.
07:30
Everybody can get it. That's why we want to do fusion.
156
435000
3000
Jeder kommt da dran. Deshalb wollen wir die Kernfusion.
07:33
Is it cost-competitive?
157
438000
3000
Ist sie wirtschaftlich wettbewerbsfähig?
07:36
We make estimates of what we think it would cost
158
441000
2000
Wir schätzen die Kosten
07:38
to actually make a fusion power plant.
159
443000
2000
für den Bau eines Fusionskraftwerks
07:40
And we get within about the same price
160
445000
3000
etwa so hoch ein
07:43
as current electricity.
161
448000
2000
wie bei herkömmlichen Kraftwerken.
07:45
So, how would we make it?
162
450000
2000
Wie würden wir es also machen?
07:47
We have to hold something at 150 million degrees.
163
452000
3000
Wir müssen etwas auf 150 Millionen Grad halten,
07:50
And, in fact, we've done this.
164
455000
3000
und das ist uns tatsächlich schon gelungen.
07:53
We hold it with a magnetic field.
165
458000
2000
Wir halten es mit einem Magnetfeld.
07:55
And inside it, right in the middle of this toroidal shape, doughnut shape,
166
460000
5000
In dessen Innerem, genau in der Mitte dieses Rings, der Donutform,
08:00
right in the middle is 150 million degrees.
167
465000
2000
genau in der Mitte sind 150 Millionen Grad.
08:02
It boils away in the middle at 150 million degrees.
168
467000
4000
Es kocht dort vor sich hin bei 150 Millionen Grad.
08:06
And in fact we can make fusion happen.
169
471000
2000
Wir können also tatsächlich eine Fusion erzeugen.
08:08
And just down the road, this is JET.
170
473000
2000
Und nur die Straße runter, sehen Sie JET,
08:10
It's the only machine in the world that's actually done fusion.
171
475000
2000
die einzige Maschine der Welt, in der wirklich Fusion stattfand.
08:12
When people say fusion is 30 years away, and always will be,
172
477000
3000
Wenn einige behaupten, wir seien 30 Jahre von Fusion entfernt, und blieben es auch,
08:15
I say, "Yeah, but we've actually done it." Right?
173
480000
3000
dann sage ich: "Jaja, aber wir haben sie schon gemacht." Verstehen Sie?
08:18
We can do fusion. In the center of this device
174
483000
2000
Wir können Fusion schaffen. Im Zentrum dieses Geräts
08:20
we made 16 megawatts of fusion power in 1997.
175
485000
3000
schafften wir 1997 sechzehn Megawatt Fusionskraft.
08:23
And in 2013 we're going to fire it up again
176
488000
3000
Und 2013 schießen wir nochmal nach
08:26
and break all those records.
177
491000
2000
und brechen all diese Rekorde.
08:28
But that's not really fusion power. That's just making some fusion happen.
178
493000
3000
Das ist aber keine praktische Anwendung, sondern nur eine Machbarkeitsstudie.
08:31
We've got to take that, we've got to make that into a fusion reactor.
179
496000
3000
Wir müssen das noch in einem Fusionsreaktor weiterentwickeln.
08:34
Because we want 30 million years worth of fusion power for the Earth.
180
499000
5000
Denn wir wollen für die Erde Fusionsenergie für 30 Millionen Jahre.
08:39
This is the device we're building now.
181
504000
2000
Diese Anlage bauen wir gerade,
08:41
It gets very expensive to do this research.
182
506000
2000
diese Forschung verschlingt eine Menge Geld.
08:43
It turns out you can't do fusion on a table top
183
508000
2000
Letztendlich kann man Fusion nicht auf dem Küchentisch machen,
08:45
despite all that cold fusion nonsense. Right?
184
510000
3000
trotz all des Quatschs von kalter Fusion, oder?
08:48
You can't. You have to do it in a very big device.
185
513000
3000
Nein. Man muss es in einer sehr großen Anlage machen.
08:51
More than half the world's population is involved in building this device
186
516000
3000
Mehr als die Hälte der Weltbevölkerung ist am Bau dieser Anlage
08:54
in southern France, which is a nice place to put an experiment.
187
519000
3000
in Südfrankreich beteiligt. Ein schöner Ort für ein Experiment.
08:57
Seven nations are involved in building this.
188
522000
4000
Sieben Länder sind am Bau beteiligt.
09:01
It's going to cost us 10 billion. And we'll produce half a gigawatt of fusion power.
189
526000
4000
Das wird uns 10 Milliarden kosten, und wir werden ein halbes Gigawatt
09:05
But that's not electricity yet.
190
530000
3000
Fusionsenergie erzeugen. Aber Strom ist das noch nicht.
09:08
We have to get to this.
191
533000
2000
Da müssen wir hinkommen.
09:10
We have to get to a power plant.
192
535000
2000
Wir müssen es zu einem Kraftwerk machen.
09:12
We have to start putting electricity on the grid
193
537000
2000
Wir müssen beginnen, Strom ins Netz einzuspeisen,
09:14
in this very complex technology.
194
539000
2000
in dieser sehr komplexen Technologie.
09:16
And I'd really like it to happen a lot faster than it is.
195
541000
3000
Und mir wäre lieb, es ginge sehr viel schneller voran.
09:19
But at the moment, all we can imagine is sometime in the 2030s.
196
544000
5000
Derzeit können wir uns jedoch nicht vorstellen, vor 2030 soweit zu sein.
09:24
I wish this were different. We really need it now.
197
549000
2000
Ich wünschte, es wäre anders, denn wir brauchen es wirklich sofort.
09:26
We're going to have a problem with power
198
551000
2000
Wir werden in diesem Land in den nächsten
09:28
in the next five years in this country.
199
553000
2000
fünf Jahren ein Energieproblem bekommen.
09:30
So 2030 looks like an infinity away.
200
555000
4000
Also scheint 2030 eine Ewigkeit weg.
09:34
But we can't abandon it now; we have to push forward,
201
559000
2000
Wir können aber jetzt nicht nachlassen, wir müssen die Sache vorantreiben
09:36
get fusion to happen.
202
561000
2000
und Fusion möglich machen.
09:38
I wish we had more money, I wish we had more resources.
203
563000
2000
Ich wünschte, wir hätten das Geld und größere Ressourcen.
09:40
But this is what we're aiming at,
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565000
2000
Aber da wollen wir hin,
09:42
sometime in the 2030s --
205
567000
2000
irgendwann im 2030ern -
09:44
real electric power from fusion. Thank you very much.
206
569000
2000
richtige elektrische Energie aus Fusion. Vielen Dank.
09:46
(Applause)
207
571000
3000
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Steven Cowley - PhysicistSteven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale.
Why you should listen
The promise of fusion seems to have inspired more science-fiction novels than it has real developments in renewable energy, but Steven Cowley has begun to upset that balance. As director of the Culham Fusion Science Center, he's collaborating with the UK Atomic Energy Authority and researchers on the France-based ITER fusion device on projects that may lead to cheap, nearly limitless carbon-free energy.
Fusion (the process by which lightweight atoms under pressure are fused to form heavier atoms, releasing energy) has long been the Holy Grail of renewable energy, but at the moment it only occurs in the cores of stars. Yet Cowley isn't too shy to proclaim that harnessing its power on an Earthly scale is now inevitable. At UCLA, he made observations on some of the most violent phenomena in the local universe -- solar flares, storms in the Earth's magnetosphere -- and now his research is coming directly into play as he plans devices that, theoretically, would contain 100-million-degree gas using powerful magnetic fields.
Steven Cowley | Speaker | TED.com