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Kernfusion

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by

Lucas Matthies

on 8 January 2014

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Transcript of Kernfusion

Kernfusion
- Einleitung
- Was ist eine Kernfusion?
- Der Ablauf einer Kernfusion
- Geschichte
- Gegenwart
- Mögliche Szenarien
- Fazit

Einleitung
Der Ablauf einer Kernfusion
Geschichte

Gegenwart
Mögliche Szenarien
Die Energiequelle der Zukunft
Gliederung
Wasserkraft, Windenergie, Sonnenenergie und erneuerbare Rohstoffe sind ein Teil unserer Gesellschaft geworden
Energie sichert unseren Lebensstil
Kernfusion stellt eine Möglichkeit dar mit der wir eine nahezu unendliche Energiequelle nutzen könnten

Wie realistisch ist dieses Vorhaben?

Was ist eine Kernfusion?
Sonne ist bestes Beispiel -->
Kernfusion natürlichste Energiequelle
Arbeitet seit 5 Milliarden Jahren fehlerfrei
Energie "unermesslich"
Nur was geht in der Sonne vor sich?

Das Deuteriumkerne mit einem Neutron zu Heliumkernen verschmelzen:
Temperaturen um 15 Millionen °C
hohen Temperaturen + extreme Dichte im Sonneninneren Atome ionisiert
--> Elektronen nicht mehr an die Atomkerne gebunden
Die Kerne überwinden die Abstoßungskräfte
Treffen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1000 km/s aufeinander


Zusammenfügen von leichten Kernen zu schwereren
große Energiemengen werden freigesetzt
--> Proton-Proton-Reaktion

Im inneren der Sonne brennt ein beständiges Fusionsfeuer
Wasserstoff-Atomkerne verschmelzen zu Helium


Ungesteuerte Kernfusion, bei der die Kernenergie schlagartig freigesetzt wird, erfolgt bei Wasserstoffbomben.



Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung leichter Atomkerne zu schwereren Kernen. Eine Kernfusion erfolgt nur bei großem Druck und extrem hoher Temperatur
1929: Erste Vermutungen, dass Sterne ihre Energie durch Kernfusion gewinnen.
1934: Rutherford weist Fusionsreaktionen nach.

1938: Entdeckung der Kernspaltung
1939: Theoretischer Nachweis der Kernfusion innerhalb der Sonne
1942: Enrico Fermi möchte durch Kernspaltung Energie erzeugen
1945: In der Wüste von Alamogordo (New Mexico), erste Atombombe gezündet, Sprengkraft von
20 000 Tonnen TNT
1950: Auftrag der US Regierung zum Bau einer Wasserstoffbombe

1951: L. Spitzer Jr. (amerikanischer Physiker) rät die Kernfusion durch ein magnetisches Einschlussverfahren zu ermöglichen.
1952: Zündung der Wasserstoff, gleichzeitig beweis das die Kernfusion auf der Erde möglich ist. Sprengkraft von 60 000 Tonnen TNT
1953: Erste Fusionsreaktoren, Amerika im Priceton Plasma Physics Laboratory, Stellreaktor; in Russland Fusionsreatkor nach Tokamakverfahren.
1958: Kernfusionsforschung wird nicht mehr geheim gehalten.
1991: Erste kontrollierte Kernfusion in Oxfordshire (2 Sekunden / 2 Megawatt - 2.000.000 Watt)
IPP baut in Greifswald den Stellarator Wendelstein 7-X
Stellaratoren funktionieren im Dauerbetrieb
Erste Test möglich Mitte 2014



Mit ITER (lat. "der Weg") - Experimentalreaktor.
ITER soll zeigen durch Kernverschmelzung Energie zu gewinnen.
ITER soll eine Fusionsleistung von 500 Megawatt liefern
Trotzdem Forschungszentrum noch kein Kraftwerk.



Ein Fusionsreaktor ist eine technische Einrichtung, in der eine kontrollierte Kernfusion zur Stromerzeugung im Dauerbetrieb ablaufen soll
Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium sollen unter hochem Druck und hoher Temperatur fusionieren
Plasma muss auf 150 Millionen °C erhitzt werden
Existierenden Versuchsanlagen kühlen das Plasma zu stark aus
Deuterium-Tritium-Fusionen sind zur Zeit noch nicht der primäre Gegenstand der Versuche
Die seit 30 Jahren laufenden Experimente hatten und haben vor allem die Erzeugung und Aufrechterhaltung heißer Wasserstoff-Plasmen zum Ziel

Forschungsanlagen im deutschsprachigen Raum: Tokamak ASDEX ; Stellarator Wendelstein 7-X
Forschungszentrum für die Kernfusion soll  ITER in Cadarache (FR) werden







Damit zwei Atomkerne fusionieren, müssen sie einander sehr nah kommen
Dem steht die elektrische Abstoßung entgegen diese wird mit hoher Temperatur und extremer Dichte überwunden

Für den Betrieb der Apparatur wird derzeit viel mehr Energie aufgewendet, als freigesetzt wird

Um die Fusion einzuleiten, wird zunächst mit Erhitzen der Reaktionspartner durch Energiezufuhr von außen ein Plasma erzeugt und weiter erhitzt
--> Es kommt zur Fusion
Frei werdenden Energie verbleibt im Plasma und trägt weiter zu seiner Aufheizung bei
Wenn genügend Fusionen stattfinden, kann diese Energie ausreichen, um die Plasmatemperatur konstant zu halten – man spricht von einer Zündung des Plasmas




Die erfolgversprechendste Methode ist die der Fusion mittels magnetischen Einschlusses

Das Magnetfeld sorgt dafür, dass die im Plasma befindlichen elektrisch geladenen Teilchen, also die ionisierten Atome und die von ihnen losgelösten Elektroden in die gewünschten Bahnen gelenkt werden.

Das Plasma aufgrund seiner hohen Temperatur einen Druck von ca. 1 Bar aus und muss deshalb mit Hilfe des Magnetfeldes zusammengehalten werden um nicht mit der Gefäßwand in Berührung zu kommen.

Die Magnetfelder werden mit großen Strom durchfließenden Magnetspulen erzeugt.

Deren Form und Anordnung bestimmen die Form des Plasmas; die Stromstärke in den Spulen bestimmt die Stärke des Magnetfeldes und damit sowohl die Größe des Plasmas als auch die Teilchendichte und dadurch auch den Druck darin.


Die Technologie ist jedoch in Entwicklung.
Alle Reaktoren die es zur jetzigen Zeit gibt fungieren lediglich als Forschungsanlagen
Wissenschaftler rechnen mit einen kommerziell Nutzbaren Reaktor nicht vor 2040 / 2050
Zwei Protonen (p) verschmelzen zu einem Deuteriumkern (p n). Ein Elektronneutrino (e+) wird abgegeben.
Ein Proton und ein Deuteriumkern verschmelzen zu einem Heliumkern 3He unter gleichzeitiger Abgabe
von Gammastrahlung.

Zwei 3He-Kerne fusionieren zu 4He und setzen dabei zwei Protonen frei.
Gründe und Vorrausetzungen ...

FAZIT
Quellen:

http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/fusion21/kernfusion/

http://www.fusion.kit.edu/26.php

http://schulemachtzukunft2011-056.jimdo.com/u4energy/kernfusion/geschichte-der-kernfusion/

http://m.schuelerlexikon.de/mobile_physik/Kernfusion.html

http://www.e-hausaufgaben.de/Thema-104501-Kernfusion-Grundsaetzliches.php

http://www.ingenieur.de/Themen/Forschung/Kernfusion-2014-naechsten-Schritt


http://www.tab-beim-bundestag.de/de/publikationen/berichte/ab075.html

http://www.noe-sternwarte.at/test/lib/exe/fetch.php?media=astroquiz_2010:kernfusion.pdf

http://www.n-tv.de/wissen/Ist-Kernfusion-die-Alternative-article2924046.html
Funktionsweise
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