Kernfusion


Physikreferat

Kernfusion :

Bei der Kernfusion treffen zwei Wasserstoffkerne bzw. Wasserstoffisotope (Deuterim,Tritium) mit gewaltiger Wucht aufeinander, verschmelzen und setzen dabei gro├če Energien frei. Dies geschieht unter sehr hohem druck und starker Hitze ( mindestens 100 Millionen Grad).
Durch die Hitze wird das Atom beschleunigt und das Elektron aus seiner Kreisbahn um das Atom gerissen. Es bleibt also nur der Kern, der nun elektrisch geladen ist. Dar├╝ber hinaus verleiht die Hitze dem Kern die n├Âtige Geschwindigkeit um die absto├čenden Kr├Ąfte zwischen zwei Kernen zu ├╝berwinden und erf├╝llt somit eine der Grundbedingungen f├╝r die Fusion.
Eine andere Bedingung um eine Kernfusion hervorzurufen ist der starke Druck. Dieser sorgt daf├╝r dass das Plasma (sehr hei├čes Gas das aus Atomkernen und Elektronen besteht ) ├╝ber eine gewisse Dichte verf├╝gt um ein Aufeinandertreffen der Kerne zu verursachen.

Kernfusion auf der Sonne :

Im Kern der Sonne sind alle Bedingungen f├╝r eine Kernfusion gegeben. Dort herrscht durch die Gravit├Ątion ein enorm hoher Druck, starke Hitze und es sind gen├╝gend Wasserstoffkerne bzw. Isotope vorhanden.
Der Fusionsvorgang auf der Sonne geschieht wie folgt: Im einfachsten Fall treffen zwei Protonen frontal aufeinander, setzen Energie frei und verschmelzen zu einem Deuterium Kern (ein Proton, ein Neutron). Es k├Ânnen aber auch zwei Deuteriumkerne aufeinandertreffen, sogar mit h├Âherer Wahrscheinlichkeit, da ihre Masse gr├Â├čer ist, und zu einem Heliumkern (zwei Protonen, zwei Neutronen) verschmelzen.
Trotz des Drucks der auf das Sonneninnere wirkt sind die Kerne nicht dicht aneinander gedr├Ąngt, sondern sie verschaffen sich durch die St├Ąrke ihrer Explosionen, durch die Hitze, sehr viel Platz. Im Durchschnitt kann ein Proton 10000 Jahre durch den Kern der Sonne fliegen ohne mit einem anderen Proton zu kollidieren. Das Wechselspiel zwischen Druck und Hitze regelt den Abbrand der Kerne: Wenn weniger Kerne fusionieren, verlieren sie an Hitze und die Gravitation presst sie zusammen, was die Anzahl der Kollisionen erh├Âht.
Finden zu viele Fusionen statt, verursacht das ein Ausdehnen des Plasmas und die Wahrscheinlichkeit einer Fusion verringert sich.



Seit der ersten Z├╝ndung einer Wasserstoffbombe 1952 versuchen Kernfusionsforscher eine Kernverschmelzung k├╝nstlich hervorzurufen. Die ersten Erfolge in diesem Bereich waren mit dem Wendelstein 7 - AS und dem Tokamak (einer Ru├čischen Entwicklung ) zu verzeichnen. Diese beiden Ger├Ąte l├Âsten eines der Hauptprobleme: Den Einschlu├č des Plasmas (Deuterium und Tritium werden benutzt, da sie leichter als ein Proton fusionieren), welches eine Temperatur von mindestens 100 Mio. Grad Celsius haben muss. Der Tokamak sowie auch der Wendelstein 7 - AS bilden ein durch eine Spule erzeugtes Magnetfeld um das Plasma, das hei├čt dass die Wand der Spule keinen Kontakt zum Plasma hat, es praktisch von einem Vakuum umgeben in der Spule schwebt. Zum erhitzen der Deuterium - Tritium Mischung werden jedoch zwei verschieden Techniken benutzt.
Der Tokamak schickt eine starke Spannung durch das Plasma, welches wie ein Wiederstand wirkt und sich aufheizt, was gleichzeitig auch die "K├Ąfig" - wirkung des Magnetfeldes verst├Ąrkt. Der Wendelstein beschie├čt das Plasma mit Wasserstoffatomen, erzeugt also Hitze durch Bewegungsenergie. Sp├Ąter fasste man den Entschluss das Plasma im Tokamak zus├Ątzlich auch mit Wasserstoff zu beschie├čen und erreichte eine Temperatur von 80 Mio. Grad, welche leider noch nicht zur einer Kernfusion f├╝hrte. Bis dahin suchte man immer noch nach einer M├Âglichkeit das Plasma im Reaktor auf eine fusionstaugliche Temperatur zu heizen.
Aber man beschr├Ąnke sich in der Forschung nicht nur auf diese Methode, sondern
suchte nach Alternativen wie zum Beispiel dem Laser. Prinzip: In einer Panzerkugel beschie├čt man tiefgefrorene Wasserstoffk├╝gelchen mit mehreren sehr starken Laserkanonen zur selben Zeit. Die Oberfl├Ąche verdampft, eine Schockwelle wird ausgel├Âst, starker Druck entsteht und die Fusion wird gez├╝ndet.
Doch bisher erbringen die Laserkanonen nicht die erforderlich Leistung.
Die gr├Â├čte Hoffnung setzt man auf den Fusionsreaktor JET, welcher nach dem Prinzip des Tokamaks funktioniert. Das aus Deuterium und Tritium bestehende Plasma soll durch Strom und mit dem Beschuss von Wasserstoffatomen aufgeheizt werden. Dar├╝ber hinaus will man Radiowellen auf das Plasma konzentrieren und somit eine Temperatur von 100 Mio. Grad erreichen.
Da Jet zur Energiegewinnung noch nicht geeignet ist, will man einen Nachfolger bauen, dessen Innenseite zus├Ątzlich mit Lithium ausgekleidet ist um selbst Tritium zu erbr├╝ten, da die Vorkommen dieses Stoffs in der Natur sehr gering sind. Wenn der Kernreaktor tats├Ąchlich funktionieren sollte, s├Ąhe der Fusionsvorgang folgenderma├čen aus:
Ein Tritiumkern und ein Deuteriumkern w├╝rden zu einem Heliumkern fusionieren und dabei ein Neutron abgeben. Dieses w├╝rde dann auf den Lithiummantel treffen, ihn aufheizen und es w├╝rde neues Tritium entstehen. Die am Lithiummantel entstandene Hitze k├Ânnte dann ├╝ber einen K├╝hlkreislauf abgef├╝hrt werden und damit Wasserdampf erzeugen welcher eine Turbine antreibt.



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