Kernfusion : Grundsätzliches

Zwei kleine Kerne [am besten H,D oder T] werden entgegen die Coulomb-Kraft so stark angenährt angenähert, dass die Kernkraft "einsetzt".

Der entstehenden größere Kern [in dem Fall Helium] hat eine geringere Kernenergie (der Kern ist energetisch günstiger bezüglich der Kernkraft). Die überflüssige Energie wird abgegeben.
Dadurch wird eine große Menge an Energie frei, weil die Kernkraft eine der größten (bekannten) Kräfte ist.

Kernfusion
-Kernreaktion bei der zwei Atomkerne zu einem neuen Kern „verschmelzen“
-zunächste Überwindung der Coulombbarriere (elektrische Abstoßungskraft) zwischen den positiv geladenen Kernen
-ab Abstand 10 -15m Bindung der Kerne Aneinadere wegen der starken Wechselwirkung
-Masse der entstanden Kerne/Teilchen geringer als die Summe der Massen der Ausgangskerne
->Energie wird frei in Form von Strahlungsenergie
-nur im Gebiet der leichten Kerne möglich, da die Bindungsenergie pro Nukleon mit steigender Massenzahl bis etwas 60 zunimmt
-starkes Maximum bei dem Nuklid Helium-4
Reaktion:

2H=Deuterium: Isotop des Wasserstoffs aber neben dem Proton noch ein Neutron im Kern
3H=Tritium: Isotop des Wasser, aber 2 Neutronen
-Atomkern instabil ->Zerfällt mit einer Halbwertszeit von 12 Jahren
->radioaktiv
=> für die Kernfusion günstige Reaktion
-Bildung von 1kg Helium = 115 Millionen Kilowattstunden (Bedarf der BRD für 2 Std.)

Kernfusionsreaktor

Grundprinzip
-wenn die Reaktion nur zwischen 2 Kernen abläuft, dann wird mehr Energie aufgewendet als entsteht
->nicht zur Energiegewinnung möglich
->Reaktion mit größeren Materialmengen als energetische Kettenreaktion ablaufen (wie bei brennendem Feuer), ohne dass man die Ionen immer wieder beschleunigen muss.
-notwendige kinetische Energie für Kettenreaktion 100mio Grad Celsius
->Materie im Plasma Zustand, d.h. Elektronen von Atomkern getrennt
-bei genügend hoher Temperatur „zündet“ die Kettenreaktion
->ein Teil der bei der Verschmelzung gewonnenen Energie hält diese hohe Temperatur ohne
weiter Energiezufuhr aufrecht zu halten und leitet durch Teilchenanstöße weitere Verschmelzungen ein
-anders als bei Kernspaltungreaktoren kein Brennstoffvorrat für längere Betriebszeit
->Brennstoff muss immer nachgefüllt werden
->nie übergroße Energiemengen die plötzlich unkontrollierbar werden
->Unfälle wie bei Kernreaktoren nicht möglich

Herstellen und Aufheizen des Plasmas
-einige Gramm Deuterium-Tritium Gemisch in das Reaktionsgefäß (Vakuum)
-Aufheizen des Gemisches zu Plasma d.h. 100 Mio. Grad
-Elektrisches Aufheizen:-Plasma elektrischer Leiter d.h. kann mit einem induzierten el Strom aufgeheizt werden
-ab 20-30 mio Grad Widerstand reicht nicht mehr zum weitere
Aufheizen
-Neutralteilchen-Einschuss:- Aufheizen des Plasmas durch kinetische Energie der neutralen
Atome, welche im Plasma ionisiert werden
-Ionen-Einschluss:-Ionen- oder Schwerionenstrahl in das Plasma geschossen
->hohe Energie wird ins Plasma getragen
-Magnetische Kompression:-Erwärmung durch schnelles zusammenpressen des Plasmas
->Nebeneffekt: Erhöhung der Plasmadichte
-Elektromagnetische Wellen: -Mikrowellen regen Ionene und Elektronen auf ihre
Resonanzfrequenz an
->Energie wird in das Plasma übertragen

Abfuhr und Nutzung der freigesetzten Energie
-pro Kernreaktion 17,6MeV davon vier fünftel als Bewegungsenergie des erzeugten Neutrons
-keine Beeinflussung der Neutronen durch Magnetfeld
-gelangen in das Blanket des Reaktors
->Abgabe von Wärme durch Zustammenstöße und danach zur Erzeugung eines Tritiumatoms
-> durch die Wärme Erzeugung von Dampf ->Antrieb von Turbinen

Nachteile
-Anlagen sehr teuer
-noch nicht ganz geklärt ob ein Reaktor kommerziell nutzbare Energie liefern kann
-Mindestbaugröße um effektiv genug zu arbeiten

Vorteile
-Jahresverbrauch bei einer Leistung von 1000MW 100kg Deuterium und 150kg Tritium (aus 300kg
Lithium entstanden
-Deuterium zu 0,015% im natürlichen Wasser enthalten ->unbegrenzt vorhanden
-Lithum vorkommen zwar begrenzt aber reichen für mehre 1000 Jahre aus
->Brennstoffe überall auf der Welt vorhanden ->keine Transportkosten
->kaum Kosten für Brennvorgang und auch so gut wie keine Transportkosten
-Eingliederung in das europäische Stromnetz anstelle von Kernspaltungskraftwerken
-kein Ausstoß von Abgasen
-keine Reaktion die außer Kontrolle geraden kann, da bei geringster Störung Abbruch der Fusion
-nur sehr kleines Brennstoffinventar (im gesamten Reaktor 500g)