Der Traum von der Kernfusion ?!

[surfix]

Hi @ all

EDIT: Ich mache hier hier eine Zusammenfassung über den aktuellen stand der fusion. Meine Quellen hierbei sind Max-Pankinstitut für Plasmaphysikwww.ipp.mpg.de, www.iter.org und mein eigenes wissen.

Vor ein paar wochen habe ich auf 3sat genauer gesagt bei hitech eine sehr intressante reportage über die Kernfusion mit dem Tiel "Der Tram von der Kernfusion" gesehen.

Da ich mich schon länger mit dem thema kernfusion bzw. Kernfusionsreaktor befasse kam imr die sendung gerade recht. Nun habe ich mir gedacht das thema einmal näher zu beleuchten.

Was ist kernfusion überhaupt bzw. wie fuktioniert sie ? Darauf hier einmal näher darauf ein zugehen.

Die Sonne ist der größte fusionreaktor. In ihr werden wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmolzen. Im Kern der Sonne werden pro Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium fusioniert. Das geschieht unter extrem hohen druck un bei einer Temperatur von 15.000.000°C. Dabei wird eine unvorstellbare Energie freigesetzt. Und der Grundsoff den man zur fusion benötigt ist in fasst unbegrenzter Menge verfügbar.Wasser.

Nun versucht man dieses Funktionsprinzip auf der Erde zu kopieren. Die fusionsvorschung wird aber nicht erst seite heute betrieben. Sondern geht bis in die 50er zurück.

Inzwischen können die ehemals kritischen Probleme - die Heizung, Wärmeisolation und Reinhaltung des Plasmas sowie die Energieauskopplung - als gelöst gelten. Es ist gelungen Fusionsleistungen von mehreren Megawatt freizusetzen. Diese Ergebnisse erlauben die Planung eines Testreaktors der erstmals ein für längere Zeit energielieferndes
Plasma erzeugen soll.

Die rede ist von ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ITER kommt aus dem lateinischen und bedeutet "der Weg"

Kerfusionsforschung wird am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garchig und in Greifswald betrieben. Dan dem Porjekt sind folgende staaten beteiligt:
Europäische Union, Schweiz, Japan, Russland, Volksrepublik China, Südkorea, Indien und USA entwickelt, erbaut und betrieben. Die USA waren von 1998 bis 2003 vorübergehend aus dem Projekt ausgestiegen, Kanada ist es seit 2004.

Da das Thema äuserst komplex ist werde ich nur auf die wesentlichen dinge eingehen.

Die Fusionsreaktion:

Quelle der Fusionsenergie ist die innere Bindungsenergie der Atomkerne. Die Kernbausteine sind von einer Atomsorte zur anderen verschieden stark aneinander gebunden. Je fester sie verbunden sind, desto mehr Energie muss aufgewandt werden, den Kern zu spalten. Umgekehrt wird umso mehr Energie frei, wenn der Kern aus seinen Bausteinen gebildet wird. Die stabilsten Kerne besitzen die chemischen Elemente Eisen, Kobalt, Nickel oder Kupfer (Maßzahlen fü rihre Masse: etwa 0). Aus Kernumwand ungen kann man deshalb Energie entweder durch Spaltung schwerer Kerne wie Uran - Maßzahl für seine Masse ist 235 - oder durch Verschmelzung (Fusion) leichter Kerne wie Wasserstoff und seine Isotope Deuterium und Tritium - Massenzahlen 1, 2 und 3 - gewinnen. Atomkerne sind positiv geladen und stoßen sich daher gegenseitig ab. Sie können aber nur dann miteinander verschmelzen, wenn sie sich sehr nahe kommen. Dann erst können die anziehenden Kernkräfte, die nur in der unmittelbaren Umgebung der Kerne wirken, die abstoßenden elektrischen Kräfte überwiegen.Um ihre gegenseitige Abstoßung zu überwinden müssen zwei Kerne mit großer Geschwindigkeit aufeinander zufliegen. Die erforderlichen hohen Geschwindigkeiten erhalten die Teilchen bei hoher Temperatur. Die Atome eines Gases sind dann in ihre Bestandteile - Elektronen und Kerne - zerlegt: Ein Atom, dem ein oder mehrere Elektronen zu seiner Neutralität fehlen, nennt man „Ion“ und ein Gas, dessen Atome in ihre Bestandteile aufgetrennt sind, „ionisiert“. Ein solches Gas weicht in seinen Eigenschaften stark von normalen Gasen ab und wird deshalb mit einem eigenen Namen „Plasma“ bezeichnet. Ein Plasma ist elektrisch leitend, seine Bewegung lässt sich daher durch elektrische und magnetische Felder beeinflussen. Dies macht man sich in den Fusionsanlagen zunutze, wo man das heiße Plasma in einen „Magnetfeldkäfig“ einschließt und so von materiellen Wänden fernhält die ansonsten das Plasma abkühlen könnten.

Soweit die Theorie. Und wie gehts jetzt weiter ? An dieser stelle gehe ich gleich auf die beiden reaktor Typen ein. Es gibt einmal den Tokamak und den Stellarator. Zunächst gehen wir aber noch kurz auf die Zünbedingungen ein.

Die Zündbedingungen:

Für die Zündung sind vor allem drei Eigenschaften des Plasmas von Bedeutung: die Temperatur, die Plasmadichte und die Energieeinschlusszeit. Letztere ist ein Maß für die Güte der Wärmeisolation des Plasmas und darf nicht mit der Entladungszeit, d.h. der Gesamtdauer der Entladung, verwechselt werden. In einem Fusionskraftwerk muss das Produkt aus diesen Werten eine Mindestgröße besitzen. Die günstigsten Bedingungen für Einschlusszeit und Dichte erhält man bei einer Temperatur von etwa 100.000.000°C. Dann fordert die Zündbedingung Energieeinschlusszeiten von ein bis zwei Sekunden und Dichten von etwa 10^14 Ionen pro Kubikzentimeter. Wegen dieser extrem niedrigen Dichte - 250 000fach dünner als die Lufthülle der Erde - besitzt ein gezündetes Plasma trotz der hohen Temperatur eine kaum größere Leistungsdichte als eine normale Glühbirne.

http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/publikationen/pdf/berichte.pdf

Die Plasmaheizung:

Bis zur Zündung muss das Plasma von außen geheizt werden. Dafür stehen mehrere Methoden zur Verfügung: Die Die Stromheizung, die Neutralteilchenheizung und die Hochfrequenzheizung.

Die Experimenttypen:

Kommen wir nun zu den den beiden angesprochenen Reaktortypen. Zunächt betrachten wir den Tokamak. Auf dem auch der ITER basiert.

Tokamak ist ein russisches Kunstwort:

"Toroidalnaja kamera magnitnoj katuschki", was etwa soviel heißt wie "Torodiale Kammer im Magnetfeld der Spule"

Das torodiale Magnetfeld wird von Magnetspulen erzeugt, welche den Torus ringförmig umschließen horizontal ausgerichtet sind. Das Plasma wird im Tokamak durch das toroidales Hauptfeld und durch das Plasmafeld eingeschlossen. Dieses kombinierte Feld bewirkt, daß die Feldlinien schraubenförmig um die Mitte des Torus verlaufen. Das poloidiale Magnetfeld wird nicht direkt von Spulen erzeugt, sondern von einem durch Spulen in dem Plasma induzierten Strom mit einer Stärke von 10-20 Millionen Ampère. Der Tokamak ist also im Prinzip ein großer Transformator. Doch beim Tokamak kommt es stets zu Verscherungen. Deshalb wird ein drittes Magnetfeld benötigt. Es ist ein vertikales Feld, das der Verscherung entgegenwirkt.

Blick direkt in den reaktor bei laufendem betreib. Das Plasma darf dabei die Wände nicht berühren. Ansonsten kühlt das Plasma zu stark ab, was zum erlieschen führen würde. Im inneren herscht ein Vakuum. Das größte Problem des Tokamaks ist aber bis heute, dass in der Primärwicklung eines Transformators nur für beschränkte Zeit ein ansteigender Strom erzeugt werden kann.

Kommen wir nun zum Stellerator.

Der Name Stellarator (Sternenmaschine) bezieht sich auf die Sterne, dessen Energie ja aus Kernfusion gewonnen wird.

Der Stellerator baut sein Magnetfeld nur durch äußere Spulen auf. Um dem Plasma eine Verdrillung und somit Stabilität zu geben, ist eine sehr komplexe Form und Anordnung der Spulen notwendig. Dadurch, dass kein Kreisstrom des Plasmas – wie beim Tokamak – notwendig ist, ergeben sich gleich zwei Vorteile. Es ist ein Dauerbetrieb möglich und der Stellerator hat eine höhere Stabilität. Trotz allem hat sich der Tokamak durchgesetzt, da die ohmsche Heizung viel günstiger ist als die Neutralteilchenheizung und die Hochfrequenzheizung. Ein Stellerator ist zum Beilspiel der Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik. Stellaratoren haben zur Zeit die besseren Zukunftsaussichten, als Tokamaks, weil sie keinen Transformator benötigen und deshalb nicht gepulst betrieben werden müssen, was eine Notwendigkeit für Kraftwerke ist.

Magnet am Hacken. Gut zu sehen am unteren Bildende. Die Supraleiter. Diese werden mit flüssigem Helium (-269°C) geflutet. Spückpreis 1.000.000 euro.

Kommen wir nun zum ITER. Es ist der Versuchsreaktor an dem unter anderem Deutschland maßgeblich beteiligt ist. Dieser befindet sich auch derzeit in Bau. Es kommt ein Reaktor vom typ Tokamak zum einsatz. Da dieser im gegensatz zum Stellerator weil Tokamaks einfacher und billiger zu bauen sind.

Der ITER im einzelnen:

Quelle:http://datenratte.blogspot.com/2009/01/fusionskraftwerk-iter_07.html
1.Strahlungsschutzschild 2.Supermagnete 3.ringförmige Plasma Brennkammer 4.zentrale Magnete 5.Kühlflüssigkeits und Versorgungsleitungen 6.Mensch im Grössenverhältnis

Auf dem 2. Bild ist das Baugelände aus der volgelperspektive zu sehen. Und auf dem 3. Bild das neu logo.

„Mit ITER werden die physikalischen und technischen Grundlagen geschaffen, um die Fusion als eine nachhaltige, umweltverträgliche Energiequelle zu erschließen, die sich zudem durch günstige Sicherheitseigenschaften und Brennstoffvorräte für viele Jahrtausende auszeichnet“, erläutert Dr. Günter Janeschitz, Leiter des Programms Kernfusion im Forschungszentrum Karlsruhe.

Die Gesamtinvestitionen werden auf rund 10.Milliarden Euro beziffert.

Eine CO2-freie Energiequelle

Die Reduktion von Treibhausgasen ist ein dringliches Problem, da schwere Umwelt-
schäden, verursacht durch die globale Erwärmung, den Anstieg des Meeresspiegels, und
die Veränderung in den Niederschlagsmustern, vermieden werden sollen. Die im
Kyoto-Protokoll vereinbarten Reduktionen sind nur ein erster Schritt. Sowohl langfristi-
ge als auch kurzfristige Maßnahmen sind nötig. Ein wichtiger Beitrag zur Vermeidung
eines Klimawechsels muss von der Entwicklung und Anwendung von Energietechnolo-
gien geleistet werden, die nahezu keine Treibhausgase produzieren. Ein Fusionskraft-
werk stößt keine solchen Gase aus: Fusion ist eine der wenigen Optionen für einen
erheblichen Beitrag zum langfristig angelegten Mix zur Energieversorgung.

Brennstoff für die Fusion - nahezu unerschöpflich

D und T, die Brennstoffe für die Fusion, sind die schweren, weniger häufig vorkommenden Isotope
von Wasserstoff. Ungefähr 35 Gramm Deuterium sind in einem Kubikmeter Wasser enthalten. Es ist
geographisch gesehen weit verbreitet und billig zu gewinnen. Tritium, mit einer Halbwertszeit von
etwa 12 Jahren, kommt in der Natur extrem selten vor. Dort wird es nur durch kosmische Strahlung
erzeugt. In einem Fusionskraftwerk kann es aus Lithium, einem der häufigsten Leichtmetalle, das in
der Erdkruste vorkommt, künstlich erzeugt werden. Die Menge an Brennstoff, die in einem Fusions-
kraftwerk benötigt wird, ist sehr klein. Nur 100 kg Deuterium (das entspricht 2800 Tonnen Meerwas-
ser) und 150 kg Tritium (das entspricht 10 Tonnen Lithiumerz) wird für den Betrieb eines 1 GW
Stromkraftwerks pro Jahr benötigt.

Links zu PDF Dokumenten:

http://www.fh-stralsund.de/dokument...nt/psfile/file/85/Stralsundv441e828b164d0.pdf
http://www.energieforum.rub.de/Energietag06/Prof. Wolf_Energietag 2006.pdf
http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/08/1752&format=PDF&aged=0&language=DE&guiLanguage=en

Budesakademie für Sicherheitspolitik - Energiesicherheit 2050
http://www.baks.bundeswehr.de/files...80508+neu+Internet.pdf?yw_repository=youatweb

Auch noch ganz intressant. Bau und Planung neuer AKWs
http://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/umweltthemen/kernenergie/NPP_Planungen_Endbericht.pdf

Videos:
http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-kernfusion-2003-ID1208269618342.xml

3sat video:

Der Traum von der Kernfusion: http://www.3sat.de/mediathek/mediathek.php?obj=11971&mode=play

Im diesem video spricht Prof. Harald Lesch über fusion. Und dieser ist über zeugt von dieser technologie. Vielen dank an walter09 der mir den link überlassen hat.

Mit 500 Exajoule (EJ) liegt der Weltenergieverbrauch nach angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) gegenwärtig mehr als doppelt so hoch wie zu Beginn der 70er Jahre (229 EJ)

Es wird mit 265 Millionen Euro jährlich für die Betriebskosten gerechnet.

WENIG RADIOAKTIVITÄT, KEIN CO2

Jede Form der Energiegewinnung hat ihren Preis: Kernkraftwerke enthalten sehr stark
radioaktiv strahlende Brennelemente, der Einsatz fossiler Brennstoffe dreht durch die
hohen damit verbundenen CO2-Emissionen gefährlich an der Klimaschraube, große
Wasserkraftwerke oder Windparks verändern Landschaften. Auch bei der Kernfusion
ist das Innere des Reaktorgefäßes radioaktiv. Die Brennstoffmengen sind jedoch ver-
gleichsweise winzig, und die empfindliche Fusionsreaktion kann nicht „durchgehen“:
Bricht das Magnetfeld zusammen, dann berührt das Plasma die Wand, kühlt schlagartig
aus und die Fusionsreaktion stoppt. Sie ist also anders als die Kettenreaktion der Kern-
spaltung selbstsichernd. Die Wand übersteht dies aufgrund der geringen Plasmadichte
fast ohne Schaden.

WORST-CASE-SZENARIO

Der schlimmste denkbare Unfall wäre ein Entweichen des Tritiums aus dem Reaktor. Die
Menge wäre zwar sehr klein, doch das schnell zerfallende Tritium kann Krebs verur sachen.
Diese Möglichkeit eines Unfalls nehmen die Planer eines zukünftigen Kraftwerks ernst,
auch wenn seine Folgen nicht im Entferntesten mit einem Kernkraft-GAU zu vergleichen
wären. Der jahrelange Neutronenbeschuss wird allerdings einen Teil des Reaktorge-
fäßes radioaktiv „aktivieren“. Das gilt vor allem für bestimmte Stahllegierungen, in denen
Spurenelemente sich in radioaktive Isotope umwandeln. Teile der Reaktorwand müssten
einige hundert Jahre lang gelagert werden, bis diese Radioaktivität abgeklungen ist. Die-
ses Problem wollen die Forscher durch die Entwicklung neuer Materialien entschärfen.

Gruß

 

[Darkwonder]

Hi, danke höhrt sich interessant an. Für alle dies interessier 09.03.23_21-30_3sat ists geloffen. Werde mir die Doku doch gleich mal anschauen.

 

[süchtla]

endlich einer der das thema mal präsentiert

ich habe mich auch schon in das thema kernfusion ein wenig eingelesen, und warte gespannt auf den nächsten teil.

wenn ich recht denkt, ist der fusionsreaktor ja ein perpetuum mobile oder?

mfg

ps: einige rechtschreibfehler

 

[Den]

hab das doku auch gesehen und kann es nur weiter empfehlen...

ich finde aber dass man das ganze geld lieber in erneubare energie inwestieren sollte

 

[Sgt.4dr14n]

Ich glaube nicht dass ein Fusionsreaktor eins ist. Immerhin muss man zuerst Energie hineinstecken und Fusionsmaterial liefern.

Ein Perpetuum Mobile erzeugt Energie ja praktisch aus dem "Nichts"

 

[Darkwonder]

@Den
Erneuerbare Energien sind schön und gut ich denke aber nicht, dass die den Energie Bedarf der Erde decken könnten. Da dieser auch immer noch weiter ansteigt.

 

[MisterG]

Gibt sogar ein Distributed Computing Projekt auf BOINC-Basis dazu: http://www.rechenkraft.net/wiki/index.php?title=Ibercivis

 

[süchtla]

also, was ich so weiß fällt bei der kernfusion ja kein "atmomüll" an, sondern es wird nur wasserstoff zu helium fusioniert. beides elemente, die nicht gefährlich sind

ija, zum starten benötigt man energie, aber danach nur mehr ein wenig brennmaterial, z.b. wasserstoff und das sollte sich selbst am leben halten.

 

[Den]

@Darkwonder

ja schon aber mit dem ganzem geld was dort verschwendet wird konnte man es jedoch versuchen,ich meine die investieren da so viel arbeit und wissen am ende sowieso nicht obs überhaupt klappt

 

[Janny]

@süchtla:

Die Kernfusion ist kein Perpetuum Mobile, ganz einfach aus dem Grund, dass es einen Brennstoff braucht. Dieser ist zwar in großen Mengen vorhanden, aber nötig. Nach deiner Logik wäre ein Kohle/Gaskraftwerk auch ein Perpetuum Mobile, weil nur noch Brennstoff benötigt wird, sobald das Feuer einmal brennt

 

[süchtla]

aso, wenn du das so siehst.

habe ich nicht alles bedacht, bücher sind doch nicht alle so gut, ich nehmen alles zurück.

 

[surfix]

Also eines noch vorweg. Die fusion ist leider auch nicht kommtplett frei von radioktivität. Aber wie gesagt morgen gehts weiter. Schön zusehen das ich nicht der einziegste bin der sich dafür intressiert. Ihr könnt gerne euer wissen darüber mit einfließen lassen. Ich weiß auch nicht alles.

 

[Dese]

also, was ich so weiß fällt bei der kernfusion ja kein "atmomüll" an, sondern es wird nur wasserstoff zu helium fusioniert. beides elemente, die nicht gefährlich sind

ija, zum starten benötigt man energie, aber danach nur mehr ein wenig brennmaterial, z.b. wasserstoff und das sollte sich selbst am leben halten.

ich kenn den aktuellen stand der kernfusion zwar nicht, aber das ist/war so nicht ganz richtig, da zur fusion isotope dieser elemente verwendet werden, welche durch aus radioaktiv sind. kann aber auch nur eine zeitweise zwischenlösung gewesen sein.

 

[rumpel01]

Sei doch bitte so nett und gib unbedingt Deine Quellen an, damit das auch überprübar ist. Auch Zitate sollte man als solche kennzeichnen.

Einen großen Teil hast Du offensichtlich direkt hieraus: http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/publikationen/pdf/berichte.pdf

 

[rx4711]

Ganz ohne Radioaktivität geht es leider nicht.

Zum einen ist der Brennstoff (Tritium) radioaktiv, zum anderen reagieren die Teilchen
im Reaktor mit den Reaktorwänden, so dass diese radioaktiv werden ...

Allerdings sind die Halbwertszeiten der radioaktiven Isotope deutlich geringer (hunderte Jahre)
als bei den Isotopen, die im Kernspaltungsreaktor entstehen (teilweise mehrere zehntausend
Jahre).

Ist alles auch ganz schön hier beschrieben:
http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusionsreaktor#Umweltaspekte_und_Sicherheit

 

[surfix]

@rumpel01. Ich fands so gut das ich es gleich so übernommen habe. weil besser hätte ich das auch nicht formulieren können.

 

[Darkwonder]

@Den
Da hast schon recht, aber ich finde was ich bis jetzt mit bekommen habe, dass Kernfusion eine "Umweltschonendere Methode" ist. Auch wenn Erneuerbare-Energien sauberer sind und auch Umweldschonender. Haben diese auch teilweise Nachteile, dass musst eingestehen.
Als ein Beispiel der drei Schluchten Damm in China (Wasserkraft), durch ihn haben Millionen Menschen ihr Zu Hause verloren und auch viel fruchbares Land ging dabei Verloren.
Also haben die "Erneuerbaren Energien" auch nachteile die die Ulwelt belasten und zerstören, zwar nicht so viele wie Öl und Gas aber es gibt sie auch. Nur diese stellt man meist erst im Nachhinein fest.

@süchtla
Es ist sicher keins, da es ja "Material braucht um daraus Energie zu gewinnen."
*mist* @Janny wast schneller ^^

 

[rumpel01]

Das mag ja sein, allerdings plagiierst Du damit die Ergebnisse und Arbeiten anderer, Du schreibst ab ohne zu sagen, wo das herkommt. Anders gesagt: Du schmückst Dich widerrechtlich mit fremden Federn. In der Wissenschaft ist das so ziemlich das Schlimmste, was man machen kann.

Zitate müssen als Zitate gekennzeichnet werden und es muss festgehalten werden, wo Du das her hast. Bitte passe Deinen Eröffnungspost entsprechend an, sonst müsste man hier zu machen.

 

[Sherman123]

Ich glaube nicht dass ein Fusionsreaktor eins ist. Immerhin muss man zuerst Energie hineinstecken und Fusionsmaterial liefern.

Wenn am Ende mehr rauskommt, als man rein steckt wäre es nach dieser Definition trotzdem ein PM.

Nein, der Grund liegt hier:

Es werden ungeheure Energiemengen frei, wenn man Wasserstoffkerne zu He Kernen verschmilzt - sobald man die abstoßenden Kräfte überwunden hat.

Theoretisch müssten 2 Deuteriumkerne (je ein Proton und ein Neutron) genau gleich schwer sein, wie 1 He Kern (2 Protonen und 2 Neutronen). Praktisch sind die beiden einzelnen Deuterium Kerne allerdings ganz geringfügig schwerer.

Der Massenunterschied wird als Energie (kinetisch oder strahlungsenergie) abgegeben. (Stichwort für goggle: Massendefekt)

 

[rx4711]

> Wenn mehr rauskommt, als man rein steckt wäre es nach dieser Definition trotzdem ein PM.


<klugscheiss>

Der Fusionsreaktor ist leider kein PM, denn wenn man ihm keinen Brennstoff
zuführt, ist die Fusion irgendwann einmal beendet und der Reaktor gibt keine
Energie mehr ab.

Das gleiche blüht auch allen Sternen und auch unserer Sonne.
In ein paar Milliarden Jahren wird es hier zappenduster ..
also schon mal vorsorglich eine Taschenlampe kaufen !


Siehe auch hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Perpetuum_mobile
> Ein Perpetuum Mobile (PM, v. lat. „sich ständig Bewegendes“, Pl. Perpetua Mobilia) ist
> eine Konstruktion, die – einmal in Gang gesetzt – ewig in Bewegung bleibt und dabei
> Arbeit verrichten soll, ohne dass ihr von außen Energie zugeführt wird.

</klugscheiss>