Kernfusion:was es ist und wo wir sind

Bei der Kernfusion handelt es sich um eine Reaktion, bei der viel Energie mit geringen Auswirkungen freigesetzt wird.Doch in der Praxis ist die saubere Kerntechnologie noch unausgereift.

DER'Kernenergie tritt regelmäßig in den politischen Diskurs ein, wie saubere, emissionsarme Energiequelle.Jenseits der Vor- und Nachteile dieser Technologie wird seit einiger Zeit thematisiert Kernfusion.Die Kernfusion wird dargestellt als „saubere Atomkraft” weil es im Gegensatz zur Kernspaltung, die für heutige Kraftwerke charakteristisch ist, produzieren würde nahezu unbegrenzte Energiemengen ohne den Ausstoß schädlicher Gase oder Treibhausgase und mit der Produktion begrenzter Mengen radioaktiver Abfälle, einschließlich Tritium.Für besondere Begeisterung sorgtenExperiment erfolgreich Bei dem Anfang 2022 von einem europäischen Forschungsteam in England durchgeführten Joint European Torus (Jet) of Oxford, bei dem ein mindestens fünf Sekunden dauernder Impuls aus Kernfusionsenergie getestet wurde, kam es zu einer Verdoppelung im Vergleich zum Vorgängerexperiment im Jahr 1997.Diese gerade beschriebenen Zeiten machen deutlich, wie viel Die Forschung ist noch im Rückstand bei der Entwicklung der Kernfusionstechnologie.Zweite ein alter Witz, Seit fünfzig Jahren geht man davon aus, dass die Kernfusion innerhalb von dreißig Jahren eintreten wird.Es ist wahr, dass eine kontrollierte Kernfusion – theoretisch – Probleme der Energieversorgung lösen auf der Erde, aber es ist eine Technologie am Anfang seiner Entwicklung, und die daher allein nicht in der Lage ist, die durch die Dringlichkeit des Klimas diktierten Probleme zu lösen.

• Was ist Kernfusion?
• Wie Kernfusion funktioniert
• Geschichte der Kernfusion, saubere Kernenergie
• Weil die Kernfusion noch nicht funktioniert
• Was ist also mit der Kaltfusion?

Was ist Kernfusion?

Kernfusion ist per Definition es ist eine nukleare Reaktion Dabei verbinden sich die Kerne zweier oder mehrerer Atome und bilden mehr oder weniger den Kern eines neuen chemischen ElementsGegenteil der Kernspaltung, Reaktion an der Basis heutiger Kernkraftwerke, bei der ein schweres Atom in zwei oder mehr Teile geringerer Masse zerfällt.Damit eine Fusion möglich ist, ist sie notwendig eine große Menge Energie, in der Lage, die elektromagnetische Abstoßung der Kerne zu überwinden.

Dieser Prozess ist am Fuße der Sterne, einschließlich der Sonne, und wurde erstmals in den 1950er Jahren künstlich nachgebildet, um die Kraft der Atombombe (der sogenannten H-Bombe) zu verstärken.Seit den 1960er Jahren wurden zahlreiche Experimente zur Nutzung der durch Kernfusion erzeugten Energie durchgeführt, Projekte dieser Art jedoch auch noch im Aufbau.

Wie Kernfusion funktioniert

Wie bereits erwähnt, ist Kernfusion die chemisch-physikalische Reaktion an der Basis von Sternen, bei der heißes Gas, das Plasma, wird durch ihre eigene Schwerkraft begrenzt und zusammengehalten.Das sind Reaktionen auf sehr hohe Temperaturen, Daher besteht das Hauptproblem darin, ein Material zu finden, das das bei der Reaktion erzeugte Plasma unter Kontrolle halten kann.Die interessantesten bisher getesteten Reaktionen sind diejenigen, die die Verwendung von beinhalten Deuterium oder die den Kohlenstoff-Stickstoff-Sauerstoff-Kreislauf nutzen.Dabei handelt es sich um Reaktionen, die Temperaturen erzeugen, die unter denen von Sternen liegen und daher noch nicht für Energiezwecke nutzbar sind.

Die seit Jahrzehnten am meisten untersuchte Reaktion, die Kernfusion in einem Kraftwerksreaktor zur Stromerzeugung zu nutzen, ist Deuterium-Tritium-Fusion, weil es diejenige ist, die die niedrigste Temperatur benötigt (ca. 200 Millionen Grad).Der Nachteil dieser Reaktion ist die Erzeugung sehr energiereicher, also sehr schneller Neutronen, die nicht durch ein Magnetfeld eingeschlossen werden können.Die Neutronen interagieren daher stark mit der umgebenden Materie, wodurch die zur Begrenzung der Reaktion verwendeten Materialien wie Stahl oder Stahlbeton radioaktiv werden.Daher ist die Aktivierung dieser Neutronen erforderlich sehr starke Abschirmung (z. B. Blei).

Einige Experimente haben sich darauf konzentriert „aneutronische“ Reaktionen, um die Entstehung schneller Neutronen zu vermeiden.Doch diese Projekte müssen mit noch höheren Temperaturen zurechtkommen:Dort Helium-3-Deuterium-Reaktion, Beispielsweise können 580 Millionen Grad erzeugt werden.Im Vergleich zur Deuterium-Tritium-Fusion müsste die Intensität des Magnetfelds und damit die Einschlusskapazität, die die Hochtemperatur-Supraleiter-Technologie bieten könnte, um das Sechsfache erhöht werden.

Im Inneren von Sternen findet eine solche Kernfusion statt Deuterium-Deuterium das Neutronen mit deutlich geringerer Energie als die beiden vorherigen Beispiele, aber noch höheren Temperaturen erzeugt.Um diese Energie einzudämmen, sind jedoch neue Magnete auf Basis noch fortschrittlicherer Hochtemperatursupraleiter erforderlich, die jedoch – sofern nicht schon vorher – technisch noch nicht realisierbar sind ein paar Jahrzehnte.

Obwohl es sich um sehr hohe Temperaturen handelt, wurden keine besonderen Sicherheitsprobleme theoretisiert und nach Ansicht mehrerer Experten, wenn es sie gäbe, wären sie es weniger gefährlich im Vergleich zu dem, was in einem Kernspaltungssystem passieren könnte, dessen Kettenreaktionen die erzeugte Energie und damit die erzeugte Wärme verstärken.

Geschichte der Kernfusion, saubere Kernenergie

Das erste Experiment geht auf das Jahr 1932 zurück, als Mark Oliphant im Labor eine Fusion mit schweren Wasserstoffisotopen durchführte.Fusionsforschung für militärische Zwecke Sie begannen in den frühen 1940er Jahren im Rahmen des Manhattan-Projekts (einem von den Vereinigten Staaten durchgeführten Forschungs- und Entwicklungsprogramm, das zur Entwicklung von Atombomben führte) und wurden 1952 eingesetzt die erste H-Bombe (im Fachjargon Ivy Mike und detonierte auf den Marshallinseln, in einem Atoll, unter dem sich noch immer eine Betonkuppel mit radioaktivem Abfall aus Atomtests befindet).

In den letzten sechzig Jahren wurden auch erhebliche theoretische und experimentelle Anstrengungen unternommen, um die Kernfusion zu entwickeln zivile Zwecke statt Krieg oder um Strom zu erzeugen.Der bislang fortschrittlichste Kernfusionsreaktor ist vertreten durch Iter (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor), Ringförmiger (Donut-)förmiger Reaktor, in dem ein Plasma (normalerweise Wasserstoff) bei sehr hoher Temperatur und niedrigem Druck durch ein Magnetfeld, das von Elektromagneten außerhalb der Kammer erzeugt wird, kohäsiv und von den Innenwänden ferngehalten wird.

Am Iter-Projekt sind 35 Nationen beteiligt (darunter die Mitgliedstaaten der Europäischen Union, die Vereinigten Staaten, Indien, Japan, Südkorea und Russland) mit dem Ziel, den ersten Versuchsreaktor dieser Art wie in Cadarache im Süden Frankreichs zu bauen. Italien beteiligt sich an Iter mit einem Teststandort in Frascati.

Neben Iter gibt es zwei weitere experimentelle Projekte, Sparc (dessen größter Anteilseigner Eni ist) und Arc. Der erster Demonstrationsreaktor, das Projekt Demos, Wenn alles nach Plan verläuft und im Vergleich zu früheren Verzögerungen eine starke Diskontinuität aufweist, könnte es soweit sein nicht vor 2050. Demo ist in der Tat ein Prototyp eines Reaktors für ein Kernfusionskraftwerk, das vom europäischen Eurofusion-Konsortium als idealer Nachfolger des experimentellen Iter-Reaktors untersucht wurde.

Weil die Kernfusion noch nicht funktioniert

Das Hauptproblem seit den 1960er Jahren bis heute und wahrscheinlich auch für die absehbare Zukunft stellt dar Schwierigkeiten, eine positive Energiebilanz zu erreichen des Reaktors.Tatsächlich ist es bislang noch nicht gelungen, einen Reaktor zu bauen, der im Dauerbetrieb normal produziert mehr Strom als Sie verbrauchen um die Magnete und Hilfsbehältersysteme mit Strom zu versorgen.

Kein kleines Problem es geht um Kosten:Iter, das am weitesten fortgeschrittene Projekt zur Kernfusion, rechnete ursprünglich mit Kosten von 13 Milliarden Euro, aber es gibt diejenigen, die behaupten, dass es problemlos erreicht werden könnte 30 Milliarden, Ganz zu schweigen von der Notwendigkeit, enorm viel Energie zu verbrauchen, um die Experimente fortsetzen zu können.

Was ist also mit der Kaltfusion?

Am 23. März 1989 erklärten die beiden Elektrochemiker Martin Fleischmann und Stanley Pons an der University of Utah in einem Pressekonferenz dass die Kernfusion nicht in einem sehr heißen Plasma erreicht wurde, das in riesigen und komplexen Reaktoren unter extremen Drücken gehalten wurde, sondern „im Reagenzglas“, bei Raumtemperatur.Die beiden Wissenschaftler eröffneten die Saison der „kalten Fusion“, die eine Revolution in der Energiewelt versprach.Wie wir wissen, kam es nie zur Revolution.Warum?

Zuerst eins Kampf um das Patent vor anderen, führte dazu, dass die Forschung nie vollständig untersucht wurde, sodass sie repliziert werden konnte.Die Eile, mit der Fleschmann und Pons die Ergebnisse veröffentlichten, ermöglichte es nicht, verschiedene in der Entwurfsphase aufgetretene Anomalien zu beheben.Dafür Kaltfusion es wurde nie bewiesen weder von der wissenschaftlichen Gemeinschaft noch zu einem kommerziellen Prototyp.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kernfusion sicherlich eine sehr faszinierende Technologie mit großem Potenzial ist.Aber es gibt immer noch viele Probleme auf seinem Evolutionspfad und angesichts des anhaltenden Klimanotstands ist es so Die Entwicklungszeiten sind immer noch zu langsam und zu teuer um eine valide Lösung für den Energiesektor darzustellen.