Fachhochschule Südwestfalen Wir geben Impulse

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1 Fachhochschule Südwestfalen Wir geben Impulse

2 Folie 2 (06/2015)

3 Inhalt Grundidee Grundlagen der Kernfusion Projekt ITER Energiegewinnung Gefahren Wirtschaftlichkeit Zukunftsfähigkeit Quellen Folie 3 (06/2015)

4 Grundidee Ziel: Kohlenstofffreie Energie Erneuerbare nur unregelmäßig zur Verfügung Atommüll unerwünscht Hohe Verfügbarkeit der Brennstoffe Versorgungssicherheit Kostgünstige Stromerzeugung Lange Laufzeiten Folie 4 (06/2015)

5 Grundlagen - Kernfusion Kollision von Atomkernen -> Fusion freigesetzte Energie besonders hoch bei Fusion zu He Fusion benötigt extrem hohe Temperaturen Plasma (Kerne und Elektronen getrennt) notwendig -> Plasmaheizung Lawson-Kriterium Vergleich: Sonne: 200*10^9 bar, 15*10^6 C Reaktor: 2 bar, 150*10^6 C Folie 5 (06/2015)

6 Grundlagen - Brennstoffe D-T am aussichtsreichsten D ausreichend vorhanden T mit Li erbrüten (Nebenprodukt AKW) 75mg Deuterium+225mg Lithium ersetzen 1000l Erdöl Jahresbedarf (1000MW-KW): etwa 100kg D, 150kg T Zufuhr z.b. in Form von gefrorenen Pellets (1mg) Folie 6 (06/2015)

7 Grundlagen - Tokamak 1968 Entwicklung des ersten Tokamaks Abkürzung für "Torodiale Kammer in Magnetspulen" torusförmiger Reaktor (Doughnut) Magnetfeld hält Plasma von den Wänden fern (sonst Abkühlung) Magnetspulen aus Supraleitern Folie 7 (06/2015)

8 Grundlagen - Tokamak Poloidales Magnetfeld vermeidet Verwirbelungen Plasmastrom durch elektromagnetische Induktion Plasma ist Sekundärwicklung des Transformators Tokamak arbeitet nur gepulst (Pulsdauer von 15 min für ITER geplant) Pulsbetrieb nur Notlösung für Leistungsreaktoren Folie 8 (06/2015)

9 Grundlagen - Abfallstoffe Hauptabfallprodukt: Helium Blanketgröße 1x1,5m Volumenmäßig genau so viel radioaktiver Abfall wie bei Spaltreaktoren Austausch nach ca. 2 Jahren Folie 9 (06/2015)

10 ITER - Historie Gemeinschaftsprojekt Russland, USA Heute auch Indien, Südkorea, China, Japan und EU Forschung begann im Max-Planck-Institut Erster Entwurf 1990 Ausgereifte Konstruktion erst 2001 Geplante Fertigstellung wahrscheinlicher Jedes Land liefert Komponenten Folie 10 (06/2015)

11 ITER - Reaktor Nach dem Tokamak-Prinzip Torus: 6m Breite, 11m Höhe Insgesamt: 40m Breite, 30m Höhe 840 Kubikmeter Plasmavolumen Mit 440 Blankets ausgekleidet Ziel: 50 MW -> 500 MW (Q=10) Folie 11 (06/2015)

12 Energiegewinnung Neutronenbeschuss der Blankets kinetische Energie (14,1 MeV) -> thermische Energie Wärmetauscher -> H2O-Dampf Clausius-Rankine Folie 12 (06/2015)

13 Gefahren Tritium radioaktiv (leichte Aufnahme) (Harte Gammastrahlung) Auch Wasserstoffbombe Blankets werden aktiviert, überwachte Lagerung mindestens 100 Jahre Allerdings: kein Fallout möglich, da Fusion bei Abkühlen eingestellt wird Hauptabfall: Helium Blankets nach 500 Jahren so schädlich wie Kohleasche Folie 13 (06/2015)

14 Wirtschaftlichkeit Keine Selbstreaktion, kleine Anlagen kühlen zu schnell aus Strom etwa doppelt so teuer wie Kernkraftstrom Konkurrenzfähiger Strom -> 30 Jahre Laufzeit Sehr geringe Brennstoffkosten Austausch der Blankets alle 2 Jahre -> Roboter Magnetfeldkosten hoch, auch bei Zündung 80% der Fusionsenergie in Neutronen Erneuerbarer Strom stark subventioniert Lagerung des radioaktiven Abfalls, jedoch nur Jahre ITER als Prototyp Prototypen immer teurer als optimierte Anlagen Folie 14 (06/2015)

15 Zukunftsfähigkeit 50-Jahre Regel DEMO : Kommerzielle Anlage 2050 Zündtemperatur nach Maglich 1 Mrd. C Bereits heute saubere Energie notwendig Wind-, Solarenergie etc. wird bevorzugt Wir müssen heute Fusionsforschung betreiben, damit künftige Generationen entscheiden können, ob sie diese Energie wollen oder nicht Generationsübergreifende Lagerung des radioaktiven Materials Folie 15 (06/2015)

16 Quellen Clery, Daniel (2013) A Piece Of The Sun, The Overlook Press Folie 16 (06/2015)