Fusion bedeutet das Verschmelzen leichter Atome (z.b. Wasserstoff) zu schweren (z.b. Helium).

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1 Kernfusion Kernfusion ist das Gegenteil der Kernspaltung. Fusion bedeutet das Verschmelzen leichter Atome (z.b. Wasserstoff) zu schweren (z.b. Helium). Sie findet immer im inneren der Sterne statt, wobei riesige Energien freigesetzt werden. Damit überhaupt eine Fusion zustande kommen kann, müssen die Teilchen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit aufeinander geschossen werden, die verschmelzen. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen sind Temperaturen von mehreren hundert Grad nötig, so das die Kernreaktion mit einer ausreichenden Häufigkeit stattfinden. So wird die Temperatur konstant gehalten, damit die Fusion selbsttätig erfolgt und dem System Energie abgenommen werden kann. Die Energiegewinnung ist wesentlich höher als bei der Kernspaltung. In erkennbarer Zukunft wird nur die Verschmelzung von Kernen der Wasserstoffkerne Deuterium und Tritium möglich sein. Trotzdem würde dies reichen, um den Energiebedarf der Erde über Jahrhunderte zu sichern. Dann wird man sicherlich die Fusion von reinem Deuterium oder sogar von gewöhnlichem Wasserstoff beherrschen. Deuterium: Hat ein Proton und ein Neutron im Kern, ist deshalb schwerer als Wasserstoff und wird schwerer Wasserstoff genannt. Tritium: wird künstlich durch Beschuß von Lithium mit Neutronen hergestellt. Besitzt ein Proton und zwei Neutronen im Kern. Der Kern ist deshalb instabil und wird überschwerer Wasserstoff genannt. Die freiwerdende Energie fällt hauptsächlich als kinetische Energie der gebildeten Neutronen und Wärmeenergie an. z.b.: Der Heizwert von dem in ein Liter Wasser enthaltenen Deuterium entspricht der Energie, die bei der Verbrennung von 100l Erdöl anfällt. Diese Kernfusion findet z.b. im inneren der Sonne statt. Die für uns sichtbare Strahlungsenergie wird aus diesem Vorgang gewonnen. Zur Erreichung dieser Ziele ist eine Beherrschung von extremen Stoffzuständen notwendig, wie sie bisher nur aus kosmischen Verhältnissen bekannt sind. Seite 1 von 5

2 Fusionsreaktortypen 1. TOKAMAK: Beim magnetischen Einschluß besitzt weltweit der Tokamak einen Entwicklungsvorsprung gegenüber seinen Konkurrenten. Der Begriff Tokamak kommt aus Rußland und heißt frei übersetzt "magnetische Kammer". In der Tat ist die Fusionszone ein Torus. Sie gleicht einem riesigen, liegenden LKW- Reifenschlauch. Der Tokamak benötigt drei verschiedene Spulensysteme. Das magnetische Grundfeld wird durch Toroidalfeldspuren, die den Torusschlauch in gleichmäßigen Abständen voneinander ringförmig umschließen, erzeugt. Ein zweites Magnetfeld entsteht durch eine Strom, der im Plasmaschlauch als Sekundärwicklung eines Transformators von einer Torusnarbe stehenden Primärwicklung induziert wird. Das dritte Magnetfeld wird durch Vertikalfeldspuren erzeugt, die als große, liegende Ringe parallel zur Toruswandung angeordnet sind. Weltweit gibt es zwei Tokamak - Experimentieranlagen, die in den letzten Jahren Aufsehen erregten. Der europäische JET (Joint European Torus) in Culham in England und der amerikanische TFTR (Tokamak Fusion Test Reaktor) in Princeton. Im JET hat man mit einer Gesamtheizleistung von kw Plasmaströme bis zu 7 Millionen Ampere erzeugt. In beiden Anlagen wurden für die Dauer von etwa einer Sekunde Temperaturen von Millionen Grad und eine Fusionsleistung bis zu kw Seite 2 von 5

3 erreicht. Dazu mußte allerdings das 2-3,7-fache an Heizenergie aufgewendet werden. Der nächste notwendige Schritt wäre der Bau des ITER (Internationl Thermonuklear Experimental Reaktor). Er soll eine thermische Leistung von 1,5 Millionen kw in Pulsen für eine Dauer von jeweils 1000 Sekunden erzeugen. Grundsätzlich ist der Tokamak eine gepulste Maschine. Weil der im Plasma induzierte Strom seine Richtung nicht umkehren soll, kann immer nur für eine begrenzte Zeit ein ansteigender oder abfallender Strom im Plasma getrieben werden. Das ist ein großes Hemmnis für eine spätere unterbrechungslose Stromerzeugung. Seite 3 von 5

4 2. STELLARATOR: Dieses Hemmnis, wie beim Tokamak genannt, vermeidet der Stellarator. Er arbeitet zwar ebenfalls mit einem magnetischen Einschluß des Plasmas, aber ohne den durch eine Primärwicklung induzierten, gepulsten Plasmastrom. Neuerdings genügen allein Toroidalfeldspuren besonderer Art. Sie bestehen nicht mehr aus ebenen Ringen in größeren Abständen um den Torusschlauch, sondern aus einer größeren Anzahl räumlich verbogener, ringförmiger Spulen. Diese neuen Stellaratorspulen haben sich bereits im Experiment in Garching bewährt. Die Japaner nahmen nach achtjähriger Bauzeit eine größere Stellarator-Experimentanlage LHD (Large Helical Device) in Betrieb. Sie besitzt noch die Wartung erschwerenden, spiralförmigen Spulen um den Torus und soll von zunächst auf später kw Heizleistung aufgestockt werden. Dagegen wird die in Greifswald/Mecklenburg vorgesehene Stellarator-Experimentanlage schon die neuartigen Spulen erhalten. Mit einer Heizleistung von kw und einem Torusvolumen von 30m 3 soll sie im Jahr 2004 arbeitsbereit sein. Von den geschätzten 600 Millionen DM Investitionskosten werden 45% durch die EU-Kommission finanziert. 3. LASERREAKTOR: Beim Laserreaktor will man den langzeitigen magnetischen Einschluß des Plasmas durch im Sekunden- Rhytmus nacheinander folgende Trägheitseinschlüsse ersetzen. Zu diesem Zweck soll ein gekapseltes Kügelchen von Sandkorngröße aus Deuterium und Tritium von sehr energiereicher Laserstrahlung allseitig beschossen werden. Das von der Oberfläche des Kügelchens in ein paar Milliardstel Sekunde explosionsartig abdampfende Material verdichtet nach dem Trägheitsprinzip das Innere des Körnchens. Dabei wird im Inneren eine tausendfache Wasserdichte und eine Temperatur von einigen Millionen Grad erreicht. Das reicht für die Zündung des Fusionsprozesses, wodurch das gesamte Material des Körnchens fusionieren soll. In den USA befindet sich eine solche Experimentieranlage NIF (National Ignition Facility) in Kalifornien im Bau. Sie soll 1,2 Milliarden Dollar kosten und im Jahr 2003 in Betrieb gehen. Dabei sind große technologische Hürden, insbesondere bei den gigantischen Lasersystemen und der Herstellung der Pellets zu überwinden. Das eigentliche Ziel des NIF ist es jedoch nicht die Gewinnung von Fusionsenergie, sondern es soll dem Militär als Simulationsmodell für Wasserstoffbomben nach dem Kernwaffenteststoppabkommen dienen. AUSBLICK: Ohne Zweifel ist man in den vergangenen Jahrzehnten einer kontrollierten Kernfusion näher gekommen. Allein von wurden in der Bundesrepublik 800 Millionen DM aufgewendet. Zur Weiterentwicklung sind Großgeräte erforderlich (ITER, DEMO) erforderlich, deren Investitions- Folgekosten die Finanzkraft von Staatengemeinschaften erfordern. Folgende Zweifel bleiben bestehen: 1. Es ist nicht sicher, ob es physikalisch-technisch gelingt, die Vorraussetzungen für eine Nettoproduktion zu schaffen. 2. Es ist nicht sicher, ob es wegen der erforderlichen extrem aufwendigen Technologie gelingt, technischwirtschafliche Lösungen zu finden. 3. Es ist nicht sicher, dass selbst bei einem Gelingen von 1. und 2. der Masseneinsatz von Fusionsreaktoren erst gegen Ende des 21. Jahrhunderts möglich ist und damit für eine Kohlendioxidentlastung der Atmosphäre zu spät kommt. Seite 4 von 5

5 VORTEILE: 1. Neue, zusätzliche Energiequelle zu regenerativer Energie und fossilen Brennstoffen. 2. Keine zeitliche Begrenzung. Selbst wenn alle Primärenergie angenommen durch Fusion geliefert und global das zweifache des heutigen Verbrauchs angenommen wird, reicht der Deuteriumgehalt der Weltmeere länger als die Brenndauer der Sonne. Auch das Tritium, das aus Lithium erbrütet wird kann als "quasi" unerschöpflich gelten. 3. Eine unkontrollierte Leistungsexkursion GAU (größter anzunehmender Unfall) beim Kernspaltungsreaktor ist ausgeschlossen. Der Brennstoffinhalt des Fusionsvolumens beträgt zu jeder Betriebszeit nur wenige Gramm und jede Störung der Randbedingungen unterbricht den Fusionsprozeß. 4. Keine radioaktiv und thermisch abgebrannten Brennelemente wie beim Kernspaltungsreaktor. 5. Verringertes militärisches Mißbrauchspotential, weil nicht wie beim Spaltungsreaktor unvermeidlich kernwaffenfähiges Plutonium erbrütet wird. NACHTEILE: 1. Es ist eine extrem anspruchsvolle Technologie notwendig. 2. Diese Technologie macht zentrale Großeinheiten mit riesigem Kapitalaufwand erforderlich. 3. Aus oben genannten Gründen kommen daher als Standort nur reiche Industrienationen in Frage, die über die hierzu erforderliche Infrastruktur und das Kapital verfügen. 4. Es fallen große Mengen radioaktiven Abfalls wegen des Austauschzwanges der durch Neutronen geschädigten Strukturmaterialien an. 5. Es ist zu erwarten, dass es zum Aufbau eines erhöhten radioaktiven Tritiumpegels in der Atmosphäre wegen der im Normalbetrieb und bei Störungen unvermeidlichen Tritiumleckagen in einer erforderlich großen Anzahl von Fusionsanlagen kommt. 6. Eventuelle Engpässe bei wichtigen Strukturmaterialien wie Niob und Zinn für die supraleitenden Spulen könnten auftreten. Home Seite 5 von 5