Wir wünschen Euch einen guten Rusch ins Neue Jahr ! Renate und Jürgen

#1

Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 12:17
von Freedom • 4.914 Beiträge

Ich habe das hier eben über Facebook gelesen:

http://www.spiegel.de/wissenschaft/techn...0.html#ref=nldt

06.11.2011

"Iter"-Projekt
Bundesregierung spart für Kernfusionsreaktor
"Iter": Milliardenschweres Großprojekt
Fotos
ITER Organization

Der Forschungsreaktor "Iter" soll helfen, die Stromversorgung der Zukunft zu sichern - doch das Projekt ist ambitioniert und sehr teuer. Nach SPIEGEL-Informationen plant die Bundesregierung Einschnitte bei anderen europäischen Wissenschaftsprojekten, damit genug Geld für den "Iter"-Bau bleibt.
Info

Berlin - In Südfrankreich soll eines der ehrgeizigsten Forschungsprojekte der Welt anlaufen: der internationale Kernfusionsreaktor "Iter". Doch die Kosten für das Milliarden-Projekt sind deutlich gestiegen. Die Bundesregierung will daher zahlreiche europäische Forschungsprojekte kürzen, um 1,3 Milliarden Euro Mehrkosten für "Iter" aufbringen zu können.

Im Vorbericht des Bundesfinanzministeriums für den EU-Wirtschafts- und Finanzrat am Freitag der kommenden Woche heißt es, die höheren Kosten sollten in erster Linie durch Umschichtungen innerhalb des Haushalts für Wettbewerbsfähigkeit erreicht werden. Das bedeutet, dass Wissenschaftler anderer Forschungsgebiete mit erheblichen Kürzungen rechnen müssen.

Der europäische Anteil der Kosten für den Bau des Fusionsreaktors im südfranzösischen Cadarache hat sich auf mehr als sieben Milliarden Euro erhöht. Europa trägt rund 40 Prozent der Kosten, die übrigen Beteiligten - China, Indien, Japan, Russland, Südkorea und die USA - jeweils neun Prozent. Neben der Raumstation ISS ist "Iter" das teuerste internationale Forschungsprojekt. Die Grünen hatten im Juni gefordert, den Bau des Reaktors zu stoppen.

Die Bundesregierung will das Projekt aber nicht grundsätzlich in Frage stellen. Bis Ende November wollen sich EU-Rat, Kommission und EU-Parlament über die Finanzierung einigen.

Sonnenfeuer auf der Erde

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Die Anlage könne zwar nicht vor 2050 Strom produzieren, doch der Anstieg des Energieverbrauchs mache es nötig, die Technologie zu erproben, heißt es im Forschungsministerium.

Im Gegensatz zur in Atomkraftwerken stattfindenden Kernspaltung werden bei der Kernfusion Atomkerne verschmolzen. Im Reaktor sollen die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium kontrolliert zu Helium verschmelzen - und dabei Energie liefern. Der Prozess entspricht im Prinzip dem des Sternenfeuers im Inneren den Sonne.

Gebaut wird der Forschungsreaktor in der Nähe des südfranzösischen Örtchens Saint-Paul-lès-Durance.

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#2

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 12:19
von Freedom • 4.914 Beiträge

http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion

Daraus dann zum Thema Energiegewinnung, denn eine Wasserstoffbombe wollen wir ja nicht damit bauen.

"Kernfusionsreaktoren [Bearbeiten]
→ Hauptartikel: Kernfusionsreaktor

Gelänge es, die Kernfusion technisch in den Griff zu bekommen, könnten in einem Kernfusionsreaktor sehr hohe Energiemengen freigesetzt werden. Die benötigten Brennstoffe, die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium stünden auf lange Sicht in beliebiger Menge zur Verfügung. Im Gegensatz zur Kernspaltung, bei der schwere Kerne gespalten werden und radioaktive Spaltprodukte zurück bleiben, werden bei der Kernfusion leichte Kerne zu stabilen Endprodukten, insbesondere zu Helium verschmolzen. Durch Neutronenaktivierung der Reaktormaterialien entstehen geringe Mengen radioaktiven Abfalls. Menge und Gefährlichkeit des radioaktiven Abfalls sind dabei weitaus geringer als bei einem konventionellen Kernkraftwerk. Um die Umweltbelastung durch radioaktive Abfälle möglichst gering zu halten, sollen darüber hinaus nur solche Materialien Verwendung finden, die zu stabilen Nukliden oder solchen mit kurzen Halbwertszeiten umgewandelt werden.

Zur Nutzung der Deuterium-Tritium-Reaktion als Energiequelle werden in internationaler Zusammenarbeit Kernfusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss des Plasmas nach dem Tokamak- und auch dem Stellarator-Prinzip entwickelt (siehe auch Fusion mittels magnetischen Einschlusses und ITER).

Daneben gibt es Entwicklungsprogramme für die Fusion mit Trägheitseinschluss, kurz Trägheitsfusion genannt. Dabei wird eine kleine Menge Wasserstoff mittels Laser- oder Ionenstrahlen so schnell und stark komprimiert und erhitzt, dass Kernfusionsreaktionen ablaufen, bevor das Material wegen der Hitze auseinander geflogen ist. Diese Programme dienen weniger der Entwicklung großtechnischer Fusionsreaktoren als vielmehr der Grundlagenforschung am Fusionsplasma und vor allem dem Ersatz der früheren Kernwaffentests."

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#3

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 12:22
von Freedom • 4.914 Beiträge

Muss erstmal mit unserem Hund Gassi gehen ... setze nur schonmal 3 Links hier rein, womit ich mich dann danach genauer gefassen werde.

http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusionsreaktor

http://de.wikipedia.org/wiki/Fusion_mitt...en_Einschlusses

http://de.wikipedia.org/wiki/ITER

Bis später dann an dieser Stelle ... LG Renate

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#4

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 15:10
von Fellnase • 579 Beiträge

Also der sogenannten ITER braucht Tritium und das gibt es nicht in großen Mengen, müßte aus Lithium zunächst produziert werden, wobei schon radioaktive Substanzen entstehen, die dann aber wieder verbraucht werden .. das Risiko ist geringer als bei der Kernspaltung .. aber es ist eines da.
Ich kopiere Euch den Text gleich mal ohne die vielen Formeln und so weiter, wer das lesen möchte, bitte in den Link gehen.

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#5

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 15:16
von Fellnase • 579 Beiträge

Als Kernfusionsreaktor oder Fusionsreaktor wird eine technische Einrichtung bezeichnet, die zur Energiegewinnung durch eine kontrolliert ablaufende Kernfusion dient. Da Kernfusionen erst bei extrem hohen Temperaturen ablaufen, sind die technischen Hürden äußerst hoch. Die bisher gebauten Fusionsreaktoren dienen Versuchszwecken und sind noch nicht zur Stromgewinnung geeignet.

Kernfusionskraftwerke hätten gegenüber den bisherigen, auf der Kernspaltung basierenden Kernkraftwerken die Vorteile eines sehr viel größeren Brennstoffvorrats, höherer Anlagensicherheit und kaum radioaktiver Abfälle. In der Hoffnung, den künftigen Energiebedarf mittels der Kernfusion decken zu können, arbeiten einige größere Industrieländer seit den 1960er Jahren an der Entwicklung der erforderlichen Technologien. Die aktuell im Bau befindlichen Versuchsreaktoren sind ITER und Wendelstein 7-X.
Inhaltsverzeichnis
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1 Grundprinzip
2 Geschichte
2.1 Grundlagenforschung
2.2 Erste Stellaratoren und Tokamaks
2.3 Aktuelle Entwicklungen in der EU und den USA
3 Brennstoffe
3.1 Deuterium-Tritium
3.2 Sonstige Brennstoffe
3.2.1 Deuterium-Deuterium
3.2.2 Deuterium–Helium-3 und Helium-3–Helium-3
3.2.3 Schwere Brennstoffe
4 D-T-Fusionsreaktoren
4.1 Grundprinzip
4.2 Plasmaeinschluss und Lawson-Kriterium
4.3 Reaktorkonzepte mit magnetischem Einschluss
4.3.1 Herstellen und Aufheizen des Plasmas
4.3.2 Nachfüllen des Brennstoffs
4.3.3 Entfernen von Helium und Verunreinigungen
4.3.4 Abfuhr und Nutzung der freigesetzten Energie
4.4 Reaktoren mit inertiellem oder Trägheitseinschluss
4.5 Alternative Konzepte
5 Liste von Versuchsanlagen
5.1 Tokamaks
5.1.1 Im Betrieb befindliche größere Tokamaks
5.1.2 Im Bau
5.2 Stellaratoren
5.2.1 Beendete Experimente
5.2.2 Im Betrieb
5.2.3 Im Bau
5.3 Trägheitseinschluss (Laserfusion)
5.4 Andere
6 Neutronenbilanz bei der Deuterium-Tritium-Fusion
7 Pro und Contra
7.1 Tritiumgewinnung
7.2 Verfügbarkeit der Brennstoffe
7.3 Machbarkeit und Kosten
7.4 Umweltaspekte und Sicherheit
7.5 Risiken hinsichtlich Kernwaffenverbreitung
8 Literatur
9 Weblinks
10 Einzelnachweise

Grundprinzip [Bearbeiten]
→ Hauptartikel: Kernfusion

Im Innern eines Fusionsreaktors verschmelzen Atomkerne miteinander und geben Energie in Form von Neutronenstrahlung und Bewegungsenergie des entstandenen Produktkerns ab. Zur Fusion unter technisch herstellbaren Bedingungen sind nur bestimmte leichte Nuklide geeignet. Auch in der Sonne laufen seit Jahrmilliarden Kernfusionsprozesse ab, allerdings sind die dort wirksamen Kernreaktionen – Proton-Proton-Reaktion und CNO-Zyklus – für eine technische Nutzung auf der Erde ungeeignet.

Damit es zwischen zwei Atomkernen zur Fusionsreaktion kommt, muss ihre gegenseitige elektrische Abstoßung überwunden werden. Für kernphysikalische Untersuchungen lässt sich dies durch Beschleunigung von Ionen in Teilchenbeschleunigern erreichen. Aus solchen Laborversuchen sind die Eigenschaften der für die Energiegewinnung geeigneten Kernfusionsreaktionen gut bekannt. Jedoch wird bei einem solchen Experiment insgesamt viel mehr Energie aufgewendet, als durch die Reaktion freigesetzt wird.

Der Betrieb eines zur Stromerzeugung geeigneten Kraftwerks ist auf diese Weise nicht möglich. Dort müssen die Kernreaktionen – ähnlich wie chemische Reaktionen in einer Flamme – von selbst ablaufen, d. h. ohne ständige äußere Energiezufuhr zur Beschleunigung der Atomkerne. Eine solche Energiezufuhr ist allerdings für das anfängliche Aufheizen auf die zur Fusion notwendige kinetische Energie der Atomkerne nötig, die einer Temperatur von über 100 Millionen Grad Celsius entspricht. Um die Fusions-Kettenreaktion einzuleiten, wird daher zunächst ein Plasma hergestellt und durch Energiezufuhr von außen erhitzt. Bei ausreichend hoher Temperatur und Dichte "zündet" dann die Reaktion von selbst. Danach dient ein Teil der bei den Verschmelzungen gewonnenen Energie zur Aufrechterhaltung der Temperatur. Der verbleibende Energieüberschuss wird zur Aufheizung eines Kühlmittels genutzt, z. B. Wasser oder Helium (näheres siehe technische Blanketkonzepte). Bei Helium oder anderen Kühlmitteln als Wasser muss ein Wärmetauscher dazwischen geschaltet werden, der seinerseits Wasser erhitzt. Wasserdampf treibt dann über eine Dampfturbine einen Generator zur Stromerzeugung an wie in herkömmlichen Kraftwerken.
Geschichte [Bearbeiten]
Grundlagenforschung [Bearbeiten]

Erste theoretische Konzepte zur kontrollierten Kernfusion als Energietechnologie wurden schon während der Entwicklungsphase der Atombombe unter anderem durch Edward Teller und Enrico Fermi entwickelt. Eine der Ideen war, ein äußerst heißes Deuterium-Tritium-Plasma durch ein Magnetfeld einzuschließen. In England wurde nach dem Zweiten Weltkrieg das erste zivile Forschungsprogramm zur Nutzung der Kernfusion gestartet. George Paget Thomson und Moses Blackman entwickelten hier die Idee zum Einschluss eines ringförmigen Deuterium-Plasmas mittels Magnetfeld und dem Aufheizen mittels Hochfrequenzwellen.
Erste Stellaratoren und Tokamaks [Bearbeiten]

Dieses Konzept wurde in den folgenden Jahren in zwei Varianten unabhängig voneinander in den USA und der Sowjetunion weiterentwickelt. In den USA entwickelte Lyman Spitzer den Stellarator, der ab 1951 im Rahmen von Projekt Matterhorn und Projekt Sherwood, u. a. an der Universität in Princeton erforscht wurde.[1][2] Der Stellarator erwies sich bald als zu kompliziert, da die komplexe Geometrie seiner Magnetfeldspulen für die Forscher ein damals unüberwindliches Hindernis darstellte. Erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts konnten die nötigen Berechnungen dank leistungsfähiger Computer durchgeführt werden, wodurch der aktuelle Bau des Test-Stellarators Wendelstein 7-X in Greifswald möglich wurde.

In der Sowjetunion wurde 1952 durch Andrej Sacharow und Igor Tamm eine andere Variante des magnetischen Einschlusses vorgestellt, der Tokamak. Hier trägt ein in dem Plasma erzeugtes Magnetfeld zu dessen Einschluss bei. Dieses einfachere Design sollte zur Grundlage fast aller folgenden Fusionsexperimente werden.
Aktuelle Entwicklungen in der EU und den USA [Bearbeiten]

Alle diese ersten Versuche fanden unabhängig voneinander und unter strenger Geheimhaltung statt. Im Jahre 1956 brach der Physiker Igor Wassiljewitsch Kurtschatow, der frühere Leiter des sowjetischen Atombomben-Programms, mit einem Fachvortrag im englischen Forschungszentrum Harwell die Geheimhaltung. Auf der zweiten internationalen Atomkonferenz in Genf wurde 1958 erstmals eine Offenlegung der Ergebnisse und eine stärkere internationale Zusammenarbeit beschlossen, nicht zuletzt auf Grund der großen technologischen Schwierigkeiten, auf die die einzelnen nationalen Forschungsprogramme gestoßen waren.

In Europa wurde 1958 der Euratom-Vertrag geschlossen, den zunächst sechs europäische Länder unterzeichneten, die sich damit verpflichteten, im Bereich der Kernenergie und Kernforschung zusammenzuarbeiten. Dies führte 1973 zum Beschluss des Baus des aktuell größten Tokamaks, des Joint European Torus (JET) in Culham in Großbritannien, der 1983 in Betrieb ging. Am JET konnte am 9. November 1991 erstmals eine nennenswerte Energiemenge aus kontrollierter Kernfusion freigesetzt werden: ein Deuterium-Tritium-Plasma lieferte zwei Sekunden lang eine Leistung von 1,8 Megawatt. 1997 wurde dann eine Fusionsleistung von 16 Megawatt erreicht, wobei für die Plasmaheizung bei diesem Versuch allerdings 24 Megawatt erforderlich waren.

In Konkurrenz zum europäischen Projekt konnte das amerikanische Projekt TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) an der Princeton University, das von 1983 bis 1997 in Betrieb war und wesentlich von Harold Furth konzipiert und lange geleitet wurde, ähnliche Erfolge vorweisen. In Princeton war seit 1968, als die sowjetischen Forscher mit ihrem Tokamak-3 einen für den Westen überraschenden Temperaturrekord aufgestellt hatten, neben dem Stellaratorkonzept auch intensiv an Tokamak-Projekten gearbeitet worden.

Eine positive Energiebilanz, also die Gewinnung von mehr Energie als zur Heizung des Plasmas aufgebracht werden muss, soll erstmals im zukünftigen internationalen Fusionsreaktor ITER verwirklicht werden, der aktuell im südfranzösischen Forschungszentrum Cadarache im Bau ist. Dieser soll den Weg ebnen für DEMO, das erste Fusionsreaktorkraftwerk, das Strom erzeugt und damit die kommerzielle Nutzbarkeit der Kernfusion nachweisen soll.
Brennstoffe [Bearbeiten]
Deuterium-Tritium [Bearbeiten]

Am geringsten ist die Abstoßung offensichtlich zwischen Atomkernen, die nur je eine einzige Elementarladung tragen. Dies sind die Isotope des Wasserstoffs. Die Fusionsreaktion zwischen den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium:

mathrm{D + T rightarrow ! ^4He + n + 17{,}6 ; MeV}

(siehe auch Kernfusion) zeichnet sich durch einen hohen Energiegewinn und einen ausreichenden Wirkungsquerschnitt (Reaktionswahrscheinlichkeit) bei technisch erreichbaren Plasmatemperaturen aus. Ein Deuterium-Tritium-Gemisch, im Folgenden kurz „DT“, ist daher der Fusionsbrennstoff, auf dem bis jetzt die gesamte Fusionstechnologie – die zivile ebenso wie die der Kernwaffen – beruht. Die Möglichkeit zur Freisetzung großer Energiemengen durch die DT-Reaktion wird durch die Wasserstoffbombe demonstriert, in der diese Reaktion explosionsartig abläuft. Die erste kontrollierte Fusions-Kettenreaktion mit nicht nur unerheblicher DT-Reaktionsrate gelang 1970 mit der Anlage Tokamak-3 in der Sowjetunion.
Sonstige Brennstoffe [Bearbeiten]

Bestimmte andere Fusionsreaktionen und damit -brennstoffe (siehe folgende Abschnitte) hätten Vorteile gegenüber DT, z. B. hinsichtlich Radioaktivität und hinsichtlich leichter Nutzbarmachung der gewonnenen Reaktionsenergie. Sie stellen aber – wegen kleineren Energiegewinns pro Einzelreaktion, viel höherer nötiger Plasmatemperaturen und/oder mangelnder Verfügbarkeit auf der Erde – bis auf Weiteres nur rein theoretische Möglichkeiten dar.
Deuterium-Deuterium [Bearbeiten]

In den bisherigen Versuchsanlagen wird fast ausschließlich reines Deuterium als Brennstoff verwendet, denn die meisten technischen Probleme der Herstellung und Erhaltung eines Fusionsplasmas können auch damit untersucht werden. Für die DD-Fusion ist kein Erbrüten des Brennstoffs nötig, Deuterium ist nicht radioaktiv und die Abstoßung zwischen den Reaktionspartnern ist nicht größer als bei der DT-Reaktion. Zwei Reaktionsverläufe sind möglich:

mathrm{D} + mathrm{D} rightarrow mathrm{p} + mathrm{T} + 4{,}032 ; mathrm{MeV}
mathrm{D} + mathrm{D} rightarrow mathrm{n} + {}^3!,mathrm{He} + 3{,}268 ; mathrm{MeV}

Für eine Kraftwerksnutzung sind die Nachteile gegenüber DT der viel kleinere Energiegewinn und der viel kleinere Wirkungsquerschnitt, was die erforderliche Einschlusszeit erhöht. Das Plasma ist durch das entstehende Tritium nicht ganz frei von Radioaktivität. Als Folgereaktionen treten im DD-Plasma zusätzlich auf:

mathrm{p} + mathrm{T} rightarrow {}^4!,mathrm{He} + gamma + 19{,}814 ; mathrm{MeV}
mathrm{D} + mathrm{T} rightarrow mathrm{n} + {}^4!,mathrm{He} + 17{,}589 ; mathrm{MeV}
mathrm{D} + ! ^3mathrm{He} rightarrow mathrm{p} + {}^4!,mathrm{He} + 18{,}353 ; mathrm{MeV}
mathrm{T} + mathrm{T} rightarrow 2 ,mathrm{n} + {}^4!,mathrm{He} + 11{,}332 ; mathrm{MeV}

Deuterium–Helium-3 und Helium-3–Helium-3 [Bearbeiten]

Der Helium-3-Kern ähnelt dem Tritiumkern; einzig die Anzahl an Neutronen und Protonen ist vertauscht. Die D-3He-Reaktion (oben als Folgereaktion der Deuterium-Deuterium-Fusion erwähnt) liefert dementsprechend einen Helium-4-Kern und ein Proton von etwa 14 MeV Energie. Allerdings muss die höhere Abstoßung des doppelt geladenen Helium-3-Kerns überwunden werden. Die Umsetzung der kinetischen Energie des Protons in nutzbare Form wäre einfacher als beim Neutron aus der DT-Reaktion. Gleichzeitig würden aber auch Deuteriumionen untereinander zu Protonen und Tritium reagieren. Das Tritium kann mit Deuterium fusionieren, wobei Helium sowie ein Neutron entsteht. Frei von Neutronen ist also auch dieser Brennstoff nicht, aber die Strahlenschadens- und Radioaktivitätsprobleme wären geringer.

In einem allein mit 3He betriebenen Fusionsreaktor gäbe es so gut wie keine Radioaktivität. Allerdings müssten für die Reaktion

mathrm{^3He + ! ^3He rightarrow ^4He + 2 p + 13 ; MeV}

noch größere Abstoßungskräfte überwunden werden.

Eine grundsätzliche Schwierigkeit liegt in der Verfügbarkeit von 3He, das auf der Erde nur in geringer Menge vorhanden ist. Größere Mengen 3He sind in Mondgestein nachgewiesen worden. Für eine mögliche Gewinnung auf dem Mond und Transport zur Erde müsste die sichere technische Machbarkeit nachgewiesen und das Kosten-Nutzen-Verhältnis abgewogen werden.
Schwere Brennstoffe [Bearbeiten]

Es ist vorgeschlagen worden, Nuklide wie Lithium, Beryllium oder Bor zu fusionieren. Derartige Reaktionen würden wenige Neutronen freisetzen und – wie auch D + 3He – die Energie stattdessen in Form geladener Teilchen abgeben, also leichter zu nutzen sein.

Allerdings sind die erforderlichen Bedingungen für diese Reaktionen noch viel schwieriger zu erreichen, weil es sich um mehrfach geladene Atomkerne mit entsprechend stärkerer Abstoßung handelt. Zum Beispiel müsste für die Bor-Reaktion

mathrm{^{11}B + ! p rightarrow 3 ^4He}

im Vergleich zur Tritium-Reaktion die Temperatur 10-mal höher und die Einschlusszeit 500-mal länger sein. Selbst dann ist die Leistungsdichte nur 1/2500. Weil keine sekundären Neutronen entstehen, bezeichnet man diesen Reaktionskanal auch als neutronenlose Fusion.
D-T-Fusionsreaktoren [Bearbeiten]
Grundprinzip [Bearbeiten]

Für den Betrieb eines kontinuierlich laufenden Fusionsreaktors muss eine Vielzahl an technischen Schwierigkeiten überwunden werden. So ist auf diesen Gebieten noch viel Forschungsaufwand notwendig, bis ein praktisch nutzbarer und wirtschaftlich rentabler Fusionsreaktor gebaut werden kann.

Ein DT-Fusionsreaktor muss neben der Gewinnung und technischen Nutzbarmachung der Energie auch, ähnlich einem Brutreaktor, den Brennstoff Tritium aus Lithium erbrüten, da Tritium als natürliche Ressource nicht vorhanden ist. Der Reaktor ist dazu von einem Brutmantel, dem Blanket, umgeben. Tritium ist radioaktiv. Es emittiert allerdings nur eine Betastrahlung mit geringer Maximalenergie und ohne begleitende Gammastrahlung. Im Radioaktivitätsinventar eines Fusionsreaktors wird es nur einen relativ kleinen Beitrag darstellen (siehe auch Abschnitt „Umweltaspekte und Sicherheit“).

Die Nutzenergie des DT-Reaktors tritt in Form sehr schneller Neutronen auf. Die große Neutronenflussdichte und die hohe Energie der Neutronen (14,1 MeV) stellen ganz spezielle Anforderungen an die Materialien der Anlage. Metallische Werkstoffe werden nicht nur wie bei Kernspaltungsreaktoren durch Versprödung, sondern zusätzlich durch Schwellung geschädigt (aufgrund von (n,p)- und (n,alpha)-Kernreaktionen, die im Metallgefüge Gas, Wasserstoff bzw. Helium, erzeugen). Außerdem werden durch Kernreaktionen in den Materialien radioaktive Nuklide gebildet. Um möglichst wenige davon zu erzeugen, die zudem möglichst geringe Halbwertszeiten aufweisen sollten, können nur Materialien aus bestimmten Elementen verwendet werden. Das Strukturmaterial von ITER ist zwar noch ein üblicher austenitischer Chrom-Nickel-Edelstahl. Für zukünftige Kraftwerksreaktoren sind solche Stähle aber nicht brauchbar, weil aus dem Nickelanteil große Mengen des relativ langlebigen und stark gammastrahlenden Cobalt-60 entstehen würden.

Die Werkstoffentwicklung ist daher ein entscheidend wichtiger Teil der Fusions-Entwicklungsprogramme. Sie konzentriert sich auf nickelfreie, ferritisch-martensitische Stähle; daneben werden auch Legierungen auf Vanadiumbasis und das keramische Siliziumcarbid (SiC) untersucht.
Plasmaeinschluss und Lawson-Kriterium [Bearbeiten]

Für eine selbsterhaltende energetische Kettenreaktion, die mehr Energie liefert, als zu ihrer Einleitung aufgewendet wurde, muss bei gegebener Temperatur des DT-Plasmas das Produkt aus der Plasmadichte und der Einschlussdauer, während der diese Dichte und Temperatur aufrechterhalten bleiben, einen bestimmten Mindestwert übersteigen (Lawson-Kriterium). Das Plasma muss dabei so eingeschlossen werden, dass es nicht mit Materie (Gefäßwand) zusammenstößt, weil es sonst sofort auskühlen würde.

Diese Bedingung kann auf zwei ganz verschiedene Arten erfüllt werden:

mit mäßig hoher Plasmadichte und dauerhaftem – mindestens minutenlangem – Einschluss des Plasmas durch Magnetfelder;
mit extrem hoher Plasmadichte und sehr kurz dauerndem Einschluss (Nanosekunden), der durch die Massenträgheit des Plasmas selbst bewirkt wird.

Die technologische Entwicklung zur zivilen Nutzung der Fusionsenergie umfasst bis heute fast nur die magnetische Einschlussmethode.
Reaktorkonzepte mit magnetischem Einschluss [Bearbeiten]
→ Hauptartikel: Fusion mittels magnetischen Einschlusses

In Tokamaks und Stellaratoren schließt ein torusförmiges, verdrilltes Magnetfeld das Plasma ein. Tokamaks erzeugen die Verdrillung durch Induzieren eines elektrischen Stroms in das Plasma, Stellaratoren haben stattdessen spezielle, komplizierte Formen der Magnetfeldspulen.

Der Tokamak ist das am weitesten fortgeschrittene und international mit ITER (siehe oben) verfolgte Konzept. Er hat jedoch den prinzipbedingten Nachteil, dass sein Betrieb nicht kontinuierlich, sondern nur gepulst, das heißt mit regelmäßigen kurzen Unterbrechungen, möglich ist. Deshalb wird als Alternative auch die Stellarator-Entwicklungslinie mit öffentlichen Forschungsmitteln unterstützt.

Ein Netto-Energiegewinn erfordert

relativ große Reaktorgefäße (vgl. ITER-Abbildung und Technische Daten), da nur in diesen genügend hohe Plasmatemperaturen erreicht und gehalten werden können,
den Einsatz supraleitender Magnetspulen, damit deren elektrischer Energieverbrauch gering bleibt.

Auch einige existierende Versuchsanlagen (LHD, Tore Supra) und die im Bau befindlichen Wendelstein 7-X und ITER verwenden bereits supraleitende Spulen.

Bemerkung zur Terminologie: Mit der Bezeichnung „Reaktor“ ist meist die Gesamtanlage gemeint, die schon bei den heutigen Versuchseinrichtungen aus vielen Teilen besteht: mindestens aus dem Plasmagefäß, der Magnetspulenanordnung mit Stromversorgung und ggf. einer kryotechnischen Anlage, Plasma-Heizeinrichtungen sowie Messeinrichtungen. Beim zukünftigen Fusionskraftwerk kommen noch das Blanket (Reaktormantel) mit Kühlkreislauf, eine Anlage zur Tritiumaufarbeitung, der/die Dampferzeuger und Turbinen-Generator-Sätze dazu.
Herstellen und Aufheizen des Plasmas [Bearbeiten]

Um den Prozess in Gang zu bringen, müssen in das viele Kubikmeter große, fast völlig evakuierte Reaktionsgefäß einige Gramm Deuterium-Tritium-Gasgemisch eingelassen und dann „von außen“ zu einem Plasma von etwa 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. Die Teilchendichte (Zahl der Teilchen pro Volumen) entspricht dann noch immer einem Hochvakuum, aber wegen der hohen Temperatur übt das Plasma einen Druck der Größenordnung 1 Bar aus, der durch das Magnetfeld gehalten werden muss.

Für das Aufheizen werden verschiedene Methoden entwickelt:

Elektrisches Aufheizen: Plasma ist ein elektrischer Leiter und kann mittels eines induzierten elektrischen Stromes aufgeheizt werden. Dabei wirkt das Plasma wie die Sekundärspule eines Transformators. Allerdings steigt die Leitfähigkeit des Plasmas mit steigender Temperatur, so dass der dem Strom entgegengesetzte Widerstand ab etwa 20–30 Millionen Grad bzw. 10 keV nicht mehr ausreicht, das Plasma stärker zu erwärmen.
Neutralteilchen-Einschuss: Beim Einschießen schneller neutraler Atome in das Plasma („neutral beam injection“, kurz NBI) bewirkt die kinetische Energie der Atome – die im Plasma sofort ionisiert werden – das Aufheizen des Plasmas.
Ionen-Einschuss: Ionen- oder Schwerionenstrahlen werden in das Plasma geschossen. Diese lassen sich relativ leicht erzeugen und beschleunigen und tragen eine sehr hohe Energie in das Plasma.
Magnetische Kompression: Das Plasma kann wie ein Gas durch schnelles („adiabatisches“) Zusammenpressen erwärmt werden. Ein Magnetfeld ist geeignet, das Plasma zusammenzupressen. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode ist, dass zugleich die Plasmadichte erhöht wird.
Elektromagnetische Wellen: Mikrowellen können die Ionen und Elektronen im Plasma auf ihren Resonanzfrequenzen anregen und somit Energie in das Plasma übertragen. Diese Methoden des Aufheizens werden „ion cyclotron resonance heating“ (ICRH), „electron cyclotron resonance heating“ (ECRH) und „lower hybrid resonance heating“ (LHRH) genannt.

Wenn die Fusionsreaktion dann als energetische Kettenreaktion abläuft, geben die gebildeten Heliumkerne ihre Energie – ein Fünftel der Energieausbeute der Kernreaktion (3,5 MeV) – durch Stöße an Deuterium- und Tritiumkerne ab und erhalten so die notwendige Plasmatemperatur aufrecht.
Nachfüllen des Brennstoffs [Bearbeiten]

Zum Nachfüllen von Brennstoff während der Brenndauer des Plasmas hat sich das Hineinschießen von „Pellets“ aus einem gefrorenen Deuterium-Tritium-Gemisch in das Gefäß als geeignete Technik erwiesen. Solche Pellets mit einer Masse von beispielsweise 1 mg werden hierfür durch eine Zentrifuge oder pneumatisch (mit einer Art Gasgewehr) auf eine Geschwindigkeit in der Größenordnung 1000 m/s gebracht. Diese Nachfüllmethode gestattet es, durch die Wahl der Einschussstelle und der Pelletgeschwindigkeit die räumliche Dichteverteilung des Plasmas gezielt zu beeinflussen.
Entfernen von Helium und Verunreinigungen [Bearbeiten]

Das Reaktionsprodukt Helium-4 sowie unvermeidlich aus dem Wandmaterial herausgeschlagene Kerne wirken als Verunreinigungen und müssen ständig aus dem Plasma entfernt werden. Alle haben höhere Ladungszahlen als die Wasserstoffisotope und werden infolgedessen magnetisch stärker abgelenkt. Zu ihrer Entfernung werden Divertoren entwickelt, die mit einem Hilfs-Magnetfeld die unerwünschten Ionen aus dem Plasma heraus auf besondere, am Rande des Torus montierte Prallplatten lenken. Dort kühlen sie ab und fangen dadurch wieder Elektronen ein, d. h. sie werden zu neutralen Atomen. Diese werden von Magnetfeldern nicht beeinflusst und können von der ständig für Hochvakuum sorgenden Absauganlage ausgeschleust werden.
Abfuhr und Nutzung der freigesetzten Energie [Bearbeiten]

Von der Energieausbeute der Kernreaktion (pro Einzelreaktion 17,6 MeV) treten vier Fünftel, also 14,1 MeV, als Bewegungsenergie des erzeugten Neutrons auf. Die Neutronen werden vom Magnetfeld nicht beeinflusst, durchdringen leicht die Wand des Plasmagefäßes und gelangen damit in das Blanket, wo sie zunächst durch Stöße ihre Energie als nutzbare Wärme abgeben und danach zum Erbrüten je eines Tritiumatoms dienen. Mit dieser Wärme wird – wie in anderen Kraftwerken, z. B. auch Kernkraftwerken – Wasserdampf erzeugt, der in herkömmlicher Weise Turbinen mit angekoppelten Stromgeneratoren antreibt.
Reaktoren mit inertiellem oder Trägheitseinschluss [Bearbeiten]
→ Hauptartikel: Trägheitsfusion

In einem Trägheitseinschluss-Fusionsreaktor würden, stark vereinfacht gesagt, sehr kleine Wasserstoffbomben in einem Reaktorgefäß gezündet werden. Das Problem, die nötige Zündenergie genügend schnell (innerhalb weniger Nanosekunden) in ein Zielvolumen von weniger als einem Kubikzentimeter zu bringen, lässt sich mittels Laserstrahlen oder Ionenstrahlen aus Teilchenbeschleunigern lösen. Der dadurch extrem schnell aufgeheizte Brennstoff – beispielsweise 2,5 Milligramm DT, also rund 3×1020 Atompaare – wird durch Rückstoßeffekte zu einem Plasma sehr hoher Dichte, dessen Fusionsprozess insgesamt eine Energie von 1 GJ freisetzt. Die Reaktion läuft nur so lange ab, wie der Brennstoff durch seine Massenträgheit zusammenhält (Picosekunden), aber wegen der Dichte genügt dies für einen großen Netto-Energiegewinn. In einem Reaktor dieser Art würden pro Sekunde mehrere eingeschossene DT-„Targets“ abbrennen.

Für Trägheitseinschluss-Reaktoren gibt es bisher (2008) zwar veröffentlichte Konzeptstudien, aber keine Versuchsreaktoren. Im Bau befinden sich Anlagen (National Ignition Facility in USA und Laser Mégajoule in Frankreich), in denen frühestens ab 2010 die Zündung von Fusionsplasmen mit Laserstrahlen erreicht werden soll. Erklärter Zweck der Versuche ist es, die eingestellten früheren Kernwaffentests zu ersetzen. Die zu erwartenden physikalischen Grundlagenerkenntnisse würden jedoch auch einer zivilen Reaktorentwicklung nützen. Laserstrahlen werden verwendet, weil Hochleistungslaser beispielsweise schon im Rahmen des SDI-Projektes weit entwickelt worden sind. Für Reaktorkraftwerke, also Anlagen mit Netto-Energiegewinn, sind jedoch gerade Laser wegen ihrer geringen Wirkungsgrade kaum geeignet.
Alternative Konzepte [Bearbeiten]

Andrei Sacharow, einer der Urheber des Tokamak-Konzepts und auch der lasergetriebenen Trägheitsfusion, hat auch eine Art katalytische Beschleunigung der Fusions-Kettenreaktion mittels Myonen vorgeschlagen (siehe Myon). Das Verfahren ist physikalisch plausibel, aber eine Netto-Energiegewinnung würde voraussichtlich am hohen Energieaufwand für die Erzeugung der Myonen infolge zu geringer Wirkungsgrade von Teilchenbeschleunigern scheitern. Die Erzeugung einer Kernfusions-Kettenreaktion ohne Plasma, eine sogenannte Kalte Fusion konnte bisher nicht reproduzierbar demonstriert werden.
Liste von Versuchsanlagen [Bearbeiten]
Tokamaks [Bearbeiten]
Felder und Kräfte in einem Tokamak.
Im Betrieb befindliche größere Tokamaks [Bearbeiten]

JET – Culham, England
ASDEX Upgrade am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik - Garching bei München, Deutschland
TEXTOR am Forschungszentrum Jülich, Institut für Plasmaphysik - Jülich, Deutschland
EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), Hefei, China [3]
JT-60, Naka, Japan [4][5]
Tokamak à configuration variable der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne, Schweiz.
Tore Supra in Cadarache, Frankreich [6]
KSTAR in in Daejeon, Süd Korea[7]

Im Bau [Bearbeiten]

ITER – Cadarache, im Süden Frankreichs

Stellaratoren [Bearbeiten]
Beendete Experimente [Bearbeiten]

Wendelstein 7-AS – Garching bei München (1988–2002)
National Compact Stellarator Experiment (NCSX) - Princeton University in den USA (2003-2008)

Im Betrieb [Bearbeiten]

TJ-II – CIEMAT Madrid, Spain [8]
Columbia Non-Neutral Torus – Columbia University, USA
Large Helical Device – Toki (Gifu), Japan

Im Bau [Bearbeiten]

Wendelstein 7-X – Greifswald

Trägheitseinschluss (Laserfusion) [Bearbeiten]

NIF
NLUF
Laser Mégajoule (Frankreich)

Andere [Bearbeiten]

Z-Maschine
Polywell
Dense Plasma Focus
ECRIS driven neutronless Fusion

Neutronenbilanz bei der Deuterium-Tritium-Fusion [Bearbeiten]

Hauptartikel : Blanket

Pro Fusionsreaktion eines Deuterium- und Tritium-Kerns zum Helium-4-Kern entsteht jeweils ein Neutron, welches den überwiegenden Teil der Fusionsenergie aufnimmt. Zugleich wird ein Neutron benötigt, um über die folgende Kernreaktion das verbrauchte Tritium-Atom aus einem Lithium-6-Atom nachzuproduzieren:

mathrm{^6Li + n longrightarrow ^4He + T + 4,78 MeV}

Allerdings wird es nie gelingen, alle per Fusion erzeugte Neutronen derart zur Tritium-Gewinnung einzusetzen. Zudem zerfällt ein kleiner Teil des Tritiums radioaktiv, bevor es in der Fusionsreaktion verbraucht wird. Folglich würde ein nur mit Lithium-6 betriebener Fusionsreaktor neben der Tritium-Eigenproduktion auf einen dauerhaften Nachschub von außen angewiesen sein. Dazu wären nach dem derzeitigen Stand der Technik der Betrieb eines herkömmlichen Kernspaltungskraftwerks oder der energieaufwändige Betrieb einer intensiven Spallations-Neutronenquelle erforderlich.

Es gibt auch eine Tritium produzierende Reaktion zwischen einen Neutron und Lithium-7. Da bei dieser fast 2,5 MeV an Energie verbraucht werden, kann sie nur stattfinden, wenn hochenergetische Neutronen aus der Fusionsreaktion direkt auf Lithium-7 treffen. Dazu wurde in früheren Reaktorkonzepten vorgesehen, ein Blanket aus Lithium als innere Verkleidung der Brennkammer anzubringen:

mathrm{^7Li + n longrightarrow ^4He + T + n - 2,466 MeV}.

Da hier ein Tritium-Atom erzeugt und zugleich wieder ein Neutron freigesetzt wird, das mit Lithium-6 ein weiteres Tritium-Atom erzeugen kann, ist es möglich, dass zwei Tritium-Atome aus einem Neutron erbrütet werden. Gelänge es, die meisten Neutronen zumindest zur Erzeugung von einem Tritium-Atom zu nutzen, und zusätzlich einen gewissen Anteil der Neutronen je zwei Tritium-Atome erzeugen zu lassen, wäre eine Eigenversorgung des Fusionsreaktors mit Tritium möglich.

Alternativ zur Lithium-7-Reaktion können im Blanket Beryllium oder Blei mittels ihrer (n,2n)-Kernreaktionen zur Neutronenvermehrung eingesetzt werden; alle neueren Blanketkonzepte sehen zur Erreichung eines Tritium-Brutverhältnisses (Tritium Breeding Ratio, TBR) oberhalb 1,0 eine dieser beiden Möglichkeiten vor. Die (n,2n)-Kernreaktion an diesen Materialien hat eine Energieschwelle knapp oberhalb 2 MeV. Beide freigesetzten Neutronen können dann mit Lithium-6 weiterreagieren:

mathrm{,^9Be + n rightarrow 2, ,^4He + 2,n - 1,57,MeV}.

Kommerzielle Fusionsreaktoren müssen so ausgelegt werden, dass eine leichte Tritium-Überproduktion möglich ist. Über den Anreicherungsgrad des Lithiums kann dann das Tritium-Brutverhältnis auf 1,0 ein- und nachgeregelt werden.
Pro und Contra [Bearbeiten]
Tritiumgewinnung [Bearbeiten]

Das für den Versuchsbetrieb von ITER benötigte Tritium – für die vorgesehene Laufzeit insgesamt einige Kilogramm – wird entweder aus Schwerwasserreaktoren als Abfallprodukt stammen oder kann aus Lithium-6 in Kernspaltungsreaktoren hergestellt werden.

Diese bisher einzigen Quellen könnten jedoch bei weitem nicht genügend Tritium für Fusionskraftwerke liefern. Der Jahresverbrauch eines Fusionskraftwerks mit 1000 MW elektrischer Leistung wird etwa 100 kg Deuterium und 150 kg Tritium betragen. Die wirtschaftlich vernünftige Gewinnung von Tritium in solchen Mengen ist nur durch die Herstellung aus Lithium nach den im Abschnitt "Neutronenbilanz" genannten Reaktionen in der Fusionsanlage selbst (siehe Blanket) mittels der ohnehin vorhandenen freien Neutronen möglich.

Die technologische Entwicklung dieser Tritiumgewinnung ist eine entscheidende Aufgabe in den Fusionstechnikprogrammen. Ob dieses Erbrüten von Tritium mit ausreichender Effizienz möglich ist, konnte bisher nicht in der Praxis untersucht werden, da es noch keinen im Dauerbetrieb arbeitenden DT-Fusionsreaktor gibt. Aber nur wenn solche Anlagen ihren Tritium-Eigenbedarf decken können und die für den Start eines solchen Prozesses benötigten großen Mengen Tritium anderweitig gewonnen werden können, ist der Aufbau einer auf Fusionsreaktoren basierenden Energieversorgung möglich. Diese Frage wird in wissenschaftlichen Veröffentlichungen diskutiert.[9] Viele Fusionsforscher sehen in diesem Punkt keine prinzipiellen Probleme.[10] Manche wissenschaftlichen Kritiker wie Michael Dittmar vom CERN bezeichnen die Selbstversorgung von Fusionsreaktoren mit Tritium angesichts bisheriger experimenteller und rechnerischer Ergebnisse jedoch als unrealistisch[11][12].
Verfügbarkeit der Brennstoffe [Bearbeiten]

Deuterium ist zu etwa 0,015 % im natürlichen Wasserstoff enthalten und kann daher z. B. aus Meerwasser in praktisch unbegrenzter Menge gewonnen werden.

Tritium ist in der Natur fast nicht verfügbar, muss also wie oben erwähnt aus Lithium erzeugt werden. Da Lithium seltener vorkommt als Deuterium, stellt es die begrenzende Ressource dar. Die technisch nutzbaren Lithiumvorkommen reichen jedoch – vorausgesetzt, die Brut-Technik funktioniert – rechnerisch aus, um den Energiebedarf der Menschheit für einige tausend Jahre zu decken. Lithium ist

langfristig vorhanden
leicht zu gewinnen
für den hier vorgesehenen Zweck ausreichend preiswert
weltweit verteilt (vergleiche jedoch Vorkommen von technisch nutzbarem Lithium).

Das zum Start eines ersten Fusionsreaktors nötige Tritium muss in Kernspaltungsreaktoren gewonnen werden. In mit Schwerwasser moderierten Reaktoren (siehe z. B. CANDU) fällt Tritium in einer Menge von rund 1 kg pro 5 GWa erzeugter elektrischer Energie als unvermeidliches Nebenprodukt an.
Machbarkeit und Kosten [Bearbeiten]

Es ist nicht klar, inwiefern die Kernfusion mit herkömmlichen Energiequellen konkurrieren könnte, da zwar mit vernachlässigbar geringen Kosten für den Brennstoff gerechnet werden kann, der Bau der Kraftwerksanlage jedoch eine große Investition bedeutet. Abschätzungen ergeben, dass ein Kernfusionskraftwerk mit 30 Jahren Nutzungsdauer Strom zu einem konkurrenzfähigen Preis erzeugen könnte. Andere Abschätzungen sprechen von Stromerzeugungskosten, die zumindest gleich hoch sind wie die Kosten für „herkömmlichen“ Atomstrom.

Bei einer Verknappung der fossilen Energieträger wird deren Preis weiter steigen. Falls es nicht gelingt, den Welt-Energiebedarf durch effiziente Energienutzung zu beschränken und allein mit regenerativen Methoden, wie beispielsweise Solar-, Wind- oder Wasserenergie zu decken, wäre die Fusion – vorausgesetzt, sie ist dann operativ einsatzfähig – möglicherweise kostengünstiger als es herkömmlichen Stromerzeugungsmethoden dann sein würden.

Zwischen den bisherigen Kenntnissen und einem funktionierenden Prototypkraftwerk stehen noch enorme technische Probleme. Es ist nicht geklärt, ob ein Fusionsreaktor kommerziell nutzbare Energie liefern kann. Mit ITER soll gezeigt werden, dass die Vergrößerung des Reaktors das erhoffte bessere Verhältnis von aufgewendeter zu gewonnener Energie liefert. Der Nachfolger von ITER, DEMO, soll frühestens um das Jahr 2030 kommerziell nutzbare Energiegewinnung demonstrieren.

Um wirtschaftlich zu sein, müssen Fusionskraftwerke nach dem aktuellen Stand der Forschung eine Mindestbaugröße aufweisen, welche etwa den heutigen neueren Kernspaltungskraftwerken entspricht bzw. deren Größe leicht übersteigt (im Bereich zwischen 1000 und 2000 MW pro Block). Eine Integration solcher Anlagen in die zukünftigen, voraussichtlich sehr großen Verbundstromnetze wäre möglich. Allerdings bleibt die grundsätzliche Problematik großer Blöcke, nämlich das Erfordernis entsprechender Reserveleistung im Netz für Ausfälle und die Angreifbarkeit mit großen Auswirkungen.

Wie bei der Kernspaltungsenergie wird sich die Kernfusion wegen der komplexen Technologie – wenn überhaupt – nur für hoch entwickelte Länder eignen.
Umweltaspekte und Sicherheit [Bearbeiten]

Fusionskraftwerke hätten

im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken auf Basis von Kohle, Öl oder Gas
keinen Ausstoß von Abgasen, insbesondere von Treibhausgasen wie CO2[13];
im Gegensatz zu herkömmlichen Kernspaltungsreaktoren
keine Reaktion, die außer Kontrolle geraten (überkritisch werden) kann, da erstens die Zündbedingungen mit großem Aufwand aufrechterhalten werden müssen und die Energiefreisetzung schon bei kleinen Störungen abbricht;[14]
außer der Versorgung mit dem initialen Tritium-Vorrat keine Transporte radioaktiven Brennstoffs nötig, da die Ausgangsstoffe Lithium und Deuterium nicht radioaktiv sind;[15]
keine Produktion von radioaktiven Spaltprodukten als Abfallstoffe, jedoch sehr wohl die Produktion von radioaktiven Spaltprodukten als Zwischenprodukt (nämlich Tritium). Schätzungen besagen, dass die Anlage mit einem Vorrat von <500 g Tritium auskommt. Das verbleibende Tritium müsste nach einer Stilllegung ausreichend lang gelagert werden ([Halbwertszeit] 12 Jahre; nach 120 Jahren sind somit 99,9 % des Tritiums zerfallen) oder zur Verbrennung zu einem anderen Fusionsreaktor gebracht werden.
gleich wie Kernspaltungsreaktoren
die Neutronenaktivierung sämtlicher Anlagenteile, Kühlmittel und Baustoffe, die sich in der Nähe der aktiven Zone befinden. Die Aktivierungswirkung wäre wegen der größeren Zahl und der hohen Energie der Fusionsneutronen wahrscheinlich größer als im Spaltreaktor.
Anlagenteile, die so starker Neutronenstrahlung ausgesetzt sind, dass sie regelmäßig gewechselt und die bestrahlten Anlagenteile endgelagert werden müssen (bei herkömmlichen Kernreaktoren sind dieses insbesondere die Brennelementhüllen, in denen sich der Uran-Brennstoff befindet, und die zusammen mit dem Brennstoff getauscht werden, bei Fusionsreaktoren wäre es das Blanket).

Von den Fusionsforschern wird angestrebt, dass der größte Teil der aktivierten Anlagenteile nach Ende der Nutzungsdauer eines Fusionskraftwerks nur für etwa 100 Jahre kontrolliert gelagert werden muss und sich die Problematik der Endlagerung entsprechend verringert. Auf Basis dieser Elemente werden zur Zeit Materialien entwickelt, die alle Anforderungen an die Stabilität und die Dichtigkeit für das Hochvakuum erfüllen.[14]

Bisher wird davon ausgegangen, dass die innerste Hülle periodisch ausgewechselt werden muss, da kein Material die hohen Neutronenflüsse eines kommerziellen Reaktors über Jahre aushält.[16] Je nach Erneuerungsintervall und Größe der auszutauschenden Teile ist schwer abzuschätzen, wie viel strahlendes Material im Endeffekt entsteht, und wie lange dieses sicher gelagert werden muss.

Wegen der durch Neutronenaktivierung entstehenden Strahlung müssten Reparaturen und Wartungsarbeiten nach Inbetriebnahme ferngesteuert ausgeführt werden. Im Regelbetrieb ließe sich die Freisetzung von Radionukliden aus der Anlage - wie auch beim Kernreaktor - weitgehend reduzieren, aus physikalischen Gründen aber niemals vollständig verhindern.

DT-Fusionsreaktoren wären demnach keineswegs frei von Radioaktivitätsproblemen, aber bei guter Neutronenbilanz (d.h., die allermeisten erzeugten Neutronen werden zur Tritium-Erzeugung verbraucht und führen nicht nur Aktivierung von anderen Materialien) bezüglich Sicherheit und Umweltverträglichkeit ein Fortschritt gegenüber herkömmlichen Kernreaktoren. Wahrscheinlich ist ein Betriebszustand möglich, bei dem das mobile (also als Gas, Flüssigkeit oder niedrig siedender Feststoff vorliegende) radioaktive Inventar geringer ist als zum Beispiel bei der Katastrophe von Tschernobyl freigesetzt wurde. Kritiker weisen auf die in weiter Zukunft liegende Verfügbarkeit hin und geben zu bedenken, dass diese Aspekte erst bei einem voll entwickelten Konzept zu beantworten sind. Eine Verringerung des radioaktiven Inventars um Größenordnungen wäre erst mit anderen, heute noch utopischen Fusionsreaktionen möglich (siehe oben unter Brennstoffe).
Risiken hinsichtlich Kernwaffenverbreitung [Bearbeiten]

Bereits ein paar Gramm eines Tritium-Deuterium-Gemischs können im Inneren einer Atombombe deren Energiefreisetzung und damit ihre Zerstörungskraft deutlich steigern. Die bei der Fusion zahlreich erzeugten Neutronen intensivieren die Kettenreaktion im Uran- oder Plutonium-Kernsprengstoff, dies ist als Fusions-Booster bekannt. Zwar entsteht Tritium auch als radioaktives Abfallprodukt in herkömmlichen Kernreaktoren, insbesondere in Schwerwasserreaktoren, jedoch wird es dort bisher üblicherweise nicht abgetrennt und als Reinstoff aufkonzentiert. Die Gefahr zur Proliferation geht dabei sowohl von dem Tritium selbst, als auch von dem Wissen um die Details seiner Herstellung aus.[17]
Literatur [Bearbeiten]

Einführung in die Kernfusion, IPP-Berichte (PDF, 9 MB)
A. Bradshaw, T. Hamacher: Kernfusion – Eine nachhaltige Energiequelle der Zukunft. in: Naturwissenschaftliche Rundschau 12/2005, S. 629

Weblinks [Bearbeiten]

Ulrich Samm: Fusion, eine Zukunftsperspektive? Institut für Plasmaphysik, Forschungszentrum Jülich GmbH, 15. Juli 2003, abgerufen am 3. August 2008 (PDF, ITER verständlich erklärt).
ITER. The ITER Organization, abgerufen am 3. August 2008 (englisch, offizielle Homepage des Projekts).
Ralph P. Schorn: TEXTOR. Institut für Energieforschung, Forschungszentrum Jülich GmbH, 27. März. 2003, abgerufen am 3. August 2008.
The FIRE Place. Abgerufen am 3. August 2008 (englisch).
Robert F. Heeter: FusEdWeb Fusion Energy Education. Lawrence Livermore National Laboratory, abgerufen am 3. August 2008 (englisch).
European Fusion Development Agreement. 2008, abgerufen am 3. August 2008 (englisch).
Robert F. Heeter: FusEdWeb Fusion Energy Education. Lawrence Livermore National Laboratory, abgerufen am 3. August 2008 (englisch, Plasma/Fusion Glossary).
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Programm Kernfusion im Forschungszentrum Karlsruhe
Comparison of the Fusion with Other Prospective Energy Sources – Japanische Vergleichsstudie von Fusionsreaktoren mit anderen zukünftigen Energieformen von 2002 (englisch, PDF, 285 kB)
Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V., Bundesministerium für Bildung und Forschung

Einzelnachweise [Bearbeiten]

↑ Project Matterhorn Publications and Reports, 1951–1958 Princeton University Library Digital Collections, abgerufen am 25. Oktober 2010
↑ Joan Lisa Bromberg: Fusion- science, politics, and the invention of a new energy source. MIT Press, Cambridge 1982, ISBN 0-262-02180-3. S.36ff (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche)
↑ Xinhua: Nuke fusion reactor completes test, 24. März 2006
↑ Japan Atomic Energy Agency, Naka Fusion Institute, JT-60 Research Program
↑ The Yomiuri Shimbun: JT-60 smashes record plasma duration time, 11. Mai 2006
http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/cea/ts/ts.htm
http://www.nfri.re.kr/english/research/k...on_01.php?tab=1
http://www-fusion.ciemat.es/New_fusion/e...sentacion.shtml
↑ M. E. Sawan, M. Abdou: Fusion Engineering and Design, 81 (2006) 1131–1144 Physics and technology conditions for attaining tritium self-sufficiency for the DT fuel cycle
↑ S. Hermsmeyer: Improved Helium cooled pebble Bed Blanket; Forschungszentrum Karlsruhe, Wissenschaftliche Berichte, FZKA6399
↑ Michael Dittmar The Nuclear Energy Option facts and fantasies, ASPO06 Conference Cork, September 17–18, 2007
↑ Michael Dittmer, The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction – Part IV: Energy from Breeder Reactors and from Fusion? (online)
↑ Kernfusion: „Der Weg“ ist das Ziel, Günther Hasinger, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
↑ a b ITER & Safety, ITER Organization (englisch)
↑ ITER Fusion Fuels, ITER Organization (englisch)
↑ The Oil Drum: The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction – Part IV: Energy from Breeder Reactors and from Fusion?
↑ Martin Kalinowski: International control of tritium for nuclear nonproliferation and disarmament. CRC Press, 2004, ISBN 9780415316156, S. 34.

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#6

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 16:55
von Shaddowhawk • 117 Beiträge

Ist alles noch sehr theoretisch und technisch nicht ausgereift. Da wird man noch lange auf reale Ergebnisse warten müssen .

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#7

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 07.11.2011 18:58
von Freedom • 4.914 Beiträge

Das stimmt Spatz .. ich glaube aber, wenn sie das schaffen würden, wäre es relativ ungefährlich, jedenfalls nicht ansatzweise so gefährlich wie die Kernspaltung.

Ich will nachher . .. heute Abend nochmal die beiden anderen Links durchgehen .... es ist für mich auch alles nicht ganz einfach zu verstehen, obwohl ich vor ca. 20 Jahren mal ein dickes Buch zum Thema durchgelesen habe, um über das Thema Kernfusion, die damals noch überhaupt nicht funktionierte und wo sich doch inzwischen was getan zu haben scheint, und ich mich damals wochenlang mal in das Thema rein gekniet habe ... ist aber eben eine Weile her und ich fand es schon damals nicht leicht zu verstehen.

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#8

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 00:28
von Freedom • 4.914 Beiträge

Fusion mittels magnetischen Einschlusses
Innenansicht eines mit Graphitkacheln ausgekleideten Tokamaks

Fusion mittels magnetischen Einschlusses ist der heute meistverfolgte Entwicklungsweg zur zukünftigen technischen Gewinnung von Fusionsenergie (siehe auch Kernfusion, Kernfusionsreaktor). Hierbei werden Magnetfelder verwendet, um den Fusionsbrennstoff, ein Plasma aus Deuterium und Tritium, einzuschließen. Das 2006 begonnene Projekt ITER führt in einer weltweiten Kooperation diese Entwicklung weiter. Allgemein wird der Weg zur Fusionsenergiegewinnung durch magnetischen Einschluss als weiter fortgeschritten und vielversprechender als die ebenfalls untersuchte Trägheitsfusion erachtet.
Inhaltsverzeichnis
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1 Plasmaeinschluss durch Magnetfelder
2 Magnetische Spiegel
3 Toroidale Maschinen
4 Kompakte Tori
5 Magnetische Fusionsenergie
6 Weblinks

Plasmaeinschluss durch Magnetfelder [Bearbeiten]

In Fusions-Kernreaktionen verschmelzen leichte Atomkerne zu schwereren Kernen. In den heute konkret verfolgten Projekten handelt es sich um die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium, die in Helium-4 verwandelt werden. Damit die positiv geladenen Wasserstoffkerne ihre gegenseitige elektrostatische Abstoßung überwinden können, müssen sie kinetische Energien von einigen Kilo-Elektronvolt haben, die Temperaturen von einigen 10 Millionen Grad entsprechen. Unter diesen Bedingungen bilden die Atome ein Plasma. Für einen Netto-Energiegewinn müssen die Temperatur, die Dichte und die Einschlussdauer des Plasmas gewisse Bedingungen erfüllen, die durch das Lawson-Kriterium beschrieben werden.

Fusion mit magnetischem Einschluss nutzt die Lorentzkraft, die im Magnetfeld auf bewegte geladene Teilchen wirkt, um die Teilchen nahe an den in sich geschlossenen Magnetfeldlinien zu halten. Beim Tokamak-Konzept wird die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas mitbenutzt, da hier ein im Plasma fließender Strom zur Felderzeugung beiträgt. Betrachtet man das Plasma wie ein Fluid, dann wird sein nach außen gerichteter Druck durch einen nach innen gerichteten Magnetfelddruck kompensiert. Der erreichbare Plasmadruck ist typischerweise in der Größenordnung von 1 bar bei Einschlusszeiten von einigen Sekunden. Im Vergleich dazu arbeitet die Trägheitsfusion mit sehr viel höherem Druck bei sehr viel kürzerem Energieeinschluss (Picosekunden). Die meisten Fusionskonzepte mit magnetischem Einschluss haben überdies den Vorteil eines sehr viel gleichmäßigeren Betriebs (insbesondere beim Stellarator-Konzept) verglichen mit dem notwendigerweise gepulsten Betrieb bei der Trägheitsfusion.

Die einfachste magnetische Konfiguration ist eine lange Zylinderspule mit parallel zur Spulenachse gerichtetem Magnetfeld. Ein derartiges Magnetfeld verhindert den Verlust von Ionen (den positiv geladenen Atomkernen) und Elektronen in radialer Richtung, aber nicht entlang der Achse, also bei den Spulenenden. Um diese Endverluste zu vermeiden, gibt es im Wesentlichen zwei Methoden. Bei der einen Methode versucht man magnetische Spiegel an den Spulenenden aufzubauen, bei der anderen Methode biegt man gewissermaßen die Zylinderspule zu einem geschlossenen Ring (Torus) zusammen. Ein einfaches torusförmiges Feld bietet aber dennoch keinen genügenden Einschluss, da die radialen Feldkomponenten zu einer Drift der Teilchen nach außen führen.

Eine Netto-Energiegewinnung aus dem Fusionsplasma setzt in jedem Fall voraus, dass die Magnetspulen aus Supraleitern bestehen, damit ihr elektrischer Energieverbrauch gering bleibt.
Magnetische Spiegel [Bearbeiten]

Ein aktives Forschungsgebiet in den Anfangsjahren der Fusionsforschung waren magnetische Spiegel-"Maschinen". Die meisten der konstruierten Spiegelmaschinen versuchten das Plasma an den Enden der Spule durch nichtplanare magnetische Felder einzuschließen. Zwar genügt der einfache Spiegel mit seinem flaschenhalsförmigen Verlauf der Feldlinien nicht zum Festhalten des heißen Fusionsplasmas, aber mit zusätzlichen Wicklungen von mehr oder weniger komplizierter Form lässt sich erreichen, dass die Feldlinien größtenteils im Inneren des Einschlussvolumens in sich zurückgebogen werden, so dass auch schnelle Teilchen eingeschlossen bleiben. Aus Symmetriegründen gibt es jedoch in jeder Spiegelkonfiguration eine für die Teilchen durchlässige Stelle, anschaulich: eine Feldlinie, die nicht im Inneren des Gefäßes geschlossen ist, sondern aus dem Einschlussgebiet hinaus führt. Auch fortschrittliche Konstruktionen (wie z. B. beim MFTF-Experiment) können dies niemals völlig unterbinden.

Spiegelmaschinen hätten gegenüber torusförmigen Anordnungen große Vorteile in praktisch-technischer Hinsicht, z. B. hinsichtlich Wartungsarbeiten und Auswechseln von Teilen.
Toroidale Maschinen [Bearbeiten]

Ein früher Versuch, ein System für magnetischen Einschluss zu bauen, war der 1951 von Lyman Spitzer entwickelte Stellarator (von lat. stella "Stern", als Anspielung auf die Kernfusions-Energieerzeugung in Gestirnen). Dieser bestand im Wesentlichen aus einem Torus, der zunächst halbiert und dessen Hälften dann über gerade, gekreuzte Rohre zu einer 8 verbunden waren. Dies hat zum Ergebnis, dass Atomkerne (zumindest wenn sie schnell genug sind) beim Umlauf durch den Stellarator von innen nach außen wandern und so die Drift quer zur Zentrallinie ausgleichen. Bei neueren Stellarator-Konzepten wird dieses „mechanische“ Ausmitteln der Drift durch einen Ansatz ersetzt, bei dem durch zusätzliche Magnete die Feldlinien in sich zu einer Helix „gewunden“ werden, was denselben Effekt hat.

1968 wurden erstmals die russischen Forschungsergebnisse über den toroidalen Tokamak veröffentlicht, mit Ergebnissen, die alle bisherigen konkurrierenden Ansätze, ob magnetisch oder nicht, bei weitem in den Schatten stellten. Seit dieser Zeit ist das Tokamak-Prinzip das meist verfolgte Konzept für magnetischen Einschluss. In einem Tokamak wird periodisch ein Strom durch das Plasma getrieben, der ein poloidales Feld erzeugt, das, mit dem toroidalen Feld verschränkt, ein dem des modernen Stellarators ähnliches gewundenes Feld erzeugt.

Einige neuere Konfigurationen toroidaler Maschinen sind der „Reversed Field Pinch“ und das „Schwebende Dipol-Experiment“.
Kompakte Tori [Bearbeiten]

Kompakte Tori, z. B. der Spheromak und der FRC (Field-Reversed Configuration), versuchen die guten Einschlusseigenschaften geschlossener magnetischer Flächen mit der Einfachheit von Maschinen ohne zentrale Spule zu kombinieren.
Magnetische Fusionsenergie [Bearbeiten]

Alle genannten Konzepte sind bei dem Versuch, sie in Richtung des Lawson-Kriteriums zu skalieren, in verschiedene Schwierigkeiten geraten. Manchmal wird der magnetische Einschluss mit dem Versuch verglichen, einen Luftballon gleichmäßig zusammenzuquetschen - immer wieder wird die Luft den Ballon an neuen Stellen ausstülpen. Turbulenzen im Plasma, die das Plasma aus dem Einschlussbereich ausbrechen lassen und potentiell zu einem Kontakt zwischen Plasma und dem einschließenden Gefäß führen können, haben sich als Problem erwiesen. Wenn dies geschieht („Sputtering“ oder Zerstäubung), werden schwere Teilchen aus der Wand des Gefäßes (Stahl oder andere Metalle) herausgelöst, die sich mit dem Plasma mischen und seine Temperatur herabsetzen.

Das Ziel, kommerziell verwertbare elektrische Leistung mit einem auf magnetischem Einschluss beruhenden Reaktor zu erzeugen, bezeichnet man als Magnetische Fusionsenergie, kurz MFE.

Seit den 1990er-Jahren wurden beachtliche Fortschritte erzielt, sowohl bei der Annäherung an „brennende“ Plasmen als auch beim wissenschaftlichen Verständnis der beteiligten Prozesse. In Experimenten wurden bis zu 16 Megawatt Fusionsleistung produziert und das Verhalten der Heliumkerne (Alpha-Teilchen) in schwach brennenden Plasmen untersucht. Diesen Fortschritten liegt zugrunde, dass z. B. die Turbulenzen und der dadurch entstehende Energieverlust jetzt beherrscht werden können. Der erreichbare Plasmadruck ist heute groß genug, um eine für ein Kraftwerk ausreichende Fusionsreaktionsrate zu erhalten.

Elektromagnetische Wellen können in das Plasma injiziert und dazu verwendet werden, die Trajektorien von Plasmateilchen zu beeinflussen und Ströme zu treiben, die das Plasma einschließende Magnetfelder erzeugen. Diese und andere Steuerungsmöglichkeiten haben ihren Ursprung in den Fortschritten der Plasmaforschung auf Gebieten wie der Plasmaturbulenz, der makroskopischen Plasmastabilität und der Ausbreitung von Wellen im Plasma. Ein großer Teil dieser Fortschritte wurden durch die Untersuchungen an Tokamaks gewonnen.
Weblinks [Bearbeiten]

EFDA-JET web site
JET Image Gallery
Culham Centre for Fusion Energy, CCFE
IAEA's information about JET
IPP Institude
Physics of magnetically confined plasmas
General Atomics

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#9

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 00:30
von Freedom • 4.914 Beiträge

Ich finde das sehr interessant, dass sie inzwischen dabei sind, dass der Druck für die Kernfusion gehalten werden kann . Vor ungefähr 20 Jahren, als ich als Schülerin im Ökologie-Unterricht einmal dieses Referat über das Prinzip der Kernfusion gehalten habe, war das eigentliche Problem nämlich nicht, dass viel Radioaktivität entsteht, sondern einfach das, dass es mit dem ausreichenden Druck, um die Reaktion zu erhalten, nicht klappte.

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#10

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 00:57
von Freedom • 4.914 Beiträge

TER (engl.: International Thermonuclear Experimental Reactor) ist ein internationales Forschungsprojekt, das den zur Zeit größten und fortschrittlichsten Experimental-Fusionsreaktor baut. ITER soll zeigen, dass es physikalisch und technisch möglich ist, durch Kernverschmelzung Energie zu gewinnen. Das Ziel ist die kommerzielle Nutzung der Kernfusion zum Zwecke der Stromerzeugung, womit jedoch frühestens im Jahre 2050 zu rechnen ist.

Der Reaktor arbeitet nach dem Tokamak-Prinzip und ist der Nachfolger des JET (Joint European Torus). Standort des Reaktors ist Cadarache in Südfrankreich. ITER wird als gemeinsames Forschungsprojekt der sieben gleichberechtigten Partner Europäische Atomgemeinschaft, Japan, Russland, Volksrepublik China, Südkorea, Indien und USA entwickelt, gebaut und betrieben. Die USA waren von 1998 bis 2003 vorübergehend aus dem Projekt ausgestiegen, Kanada ist im Jahre 2004 aus dem Projekt ausgestiegen.

Die Bezeichnung ITER ist ein Apronym. Einerseits ist es die Abkürzung für International Thermonuclear Experimental Reactor, andererseits das lateinische Wort für Weg.
Inhaltsverzeichnis
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1 Zielsetzung
2 Physikalisch-technische Grundlagen
2.1 Kernfusion
2.2 Fusionsreaktor
3 Technische Daten
4 Standort
5 Finanzierung
6 Projekthistorie
6.1 Initiierung durch die Sowjetunion
6.2 ITER-Vertrag
6.3 Baumaßnahmen
6.4 Folgeprojekte
7 Siehe auch
8 Literatur
9 Einzelnachweise
10 Weblinks

Zielsetzung [Bearbeiten]

Der Deuterium-Tritium-Fusionsreaktor wird im Forschungszentrum Cadarache im Süden Frankreichs zu wissenschaftlichen Zwecken erbaut. Der Reaktor soll die technische Machbarkeit sowie Gebrauchstauglichkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion demonstrieren. Den Berechnungen zufolge soll etwa zehnmal so viel Energie aus dem Plasma freigesetzt werden, wie zu dessen Aufheizung und Stabilisierung notwendig ist. Wesentliche Beiträge zur positiven Energiebilanz im Vergleich zu den bisherigen Tokamak-Versuchsanlagen liefern dabei folgende Merkmale:

Baugröße des Plasmagefäßes, mit der sich höhere Plasmatemperaturen im Inneren erreichen lassen, analog zur in der Zoologie bekannten Bergmannschen Regel.
Einsatz von supraleitenden Magnetspulen, die nach dem Aufbau des Magnetfeldes nur mehr Energie für die Kühlung, nicht jedoch für das Magnetfeld selbst verbrauchen.
Anwendung der Deuterium-Tritium-Reaktion unter Verwendung des radioaktiven Tritiums in einem geeigneten Mischungsverhältnis mit Deuterium.

Die während der Betriebsphasen aus dem Plasma freigesetzte Leistung soll im Bereich mehrerer hundert Megawatt liegen, vergleichbar mit herkömmlichen Kraftwerken. Jedoch ist die Versuchsanlage ITER wegen der geplanten, relativ langen Abschaltungen, etwa wegen Umbaupausen, noch nicht zur Lieferung von Nutzenergie geeignet. Ein entsprechendes vollständiges Blanket mit Kühlkreislauf, Dampferzeuger usw. ist daher nicht vorgesehen.

Mit dem Projekt sollen ferner die Hürden aufgezeigt und bewertet werden, die für eine großtechnische und wirtschaftliche Anwendung der Kernfusion noch überwunden werden müssen. In der Testphase soll vor allem die Praxistauglichkeit der Technologien erprobt werden, die dann in dem geplanten nachfolgenden, kommerziell tauglichen Demonstrationsreaktor DEMO (Demonstration Power Plant) zur Anwendung kommen sollen.

Zwischen der internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) und dem ITER-Projekt wurde 2008 eine Zusammenarbeit auf Expertenebene vereinbart.[1] Ex-Staatspräsident Jacques Chirac bezeichnete dieses Vorhaben als das größte Wissenschaftsprojekt seit der Internationalen Raumstation.
Physikalisch-technische Grundlagen [Bearbeiten]
Kernfusion [Bearbeiten]
Deuterium-Tritium-Fusion

→ Hauptartikel: Kernfusion

Wie in der Sonne und anderen Sternen wird bei der Kernfusion Wasserstoff zu Helium verschmolzen. Dabei setzt ein Gramm Wasserstoff etwa dieselbe Menge an Energie frei wie die Verbrennung von acht Tonnen Erdöl oder elf Tonnen Kohle. Auf diesem Effekt beruht auch die enorme Zerstörungskraft der Wasserstoffbombe. Allerdings wird bei dieser die Energie innerhalb sehr kurzer Zeit unkontrolliert freigesetzt, wobei die Kernfusion wiederum durch eine Spaltbombenexplosion („klassische Atombombe“) initiiert wird.

In der Sonne laufen die Fusionsprozesse hauptsächlich nach der Proton-Proton-Kette ab, zu einem kleinen Prozentsatz auch nach dem Bethe-Weizsäcker-Zyklus. Dabei wird das häufigste Wasserstoffisotop Protium (1H) verschmolzen. Bei ITER jedoch werden, ebenso wie auch bei allen anderen Versuchen, die Kernfusion auf der Erde als Energiequelle zu nutzen (einschließlich der Wasserstoffbombe), die deutlich selteneren Isotope Deuterium und Tritium verwendet:

mathrm{T + D =!^3H +!^2H to!^4He + n + 17{,}6,MeV}

Tritium (T) ist aufgrund der kurzen Halbwertzeit von ca. 12,3 Jahren auf der Erde nur in Spuren vorhanden und muss zunächst in Schwerwasserreaktoren vom Typ CANDU gewonnen werden. Im ITER soll eine Technik erprobt werden, Tritium in den Reaktoranlagen aus dem reichlich vorhandenen Element Lithium zu erbrüten (siehe Blanket).
Fusionsreaktor [Bearbeiten]

→ Hauptartikel: Kernfusionsreaktor

Die zivile Nutzung der Kernfusion wird bereits seit Jahrzehnten erforscht. Als größtes Problem erweist sich, dass sich die Wasserstoff-Atomkerne einander extrem stark annähern müssen, um fusionieren zu können. Dem wirkt jedoch die abstoßende elektrische Kraft zwischen den Kernen entgegen. Bei den im Inneren der Sonne vorherrschenden, extrem hohen Drücken reichen Temperaturen von 15,6 Millionen Grad Celsius aus, um die Fusion einzuleiten und in Gang zu halten. Ein vergleichbarer Druck kann mit technischen Mitteln auf der Erde jedoch bei weitem nicht erzeugt werden. Bei den im Reaktor herrschenden niedrigeren Drücken liegt die Zündtemperatur bei über 150 Millionen Grad Celsius.

In der Sonne findet eine Fusion von normalem Wasserstoff (siehe Proton-Proton-Zyklus) statt. Für die technische Fusion auf der Erde ist man jedoch gezwungen, die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium zu verwenden, da nur deren Reaktion bei den erreichbaren Temperatur- und Druckwerten genügend Energie freisetzt, um einen fortlaufenden Prozess in Gang zu halten. Hierfür muss zu technisch sehr anspruchsvollen Lösungen gegriffen werden (siehe Hauptartikel).

Entgegen einem weit verbreiteten Missverständnis wird der Reaktor bei einem Ausfall des Magnetfeldes nicht durch die enormen Temperaturen zerstört. Der Kontakt mit der Gefäßwand verunreinigt vielmehr das hoch verdünnte Plasma und lässt es sofort auskühlen. Beim ITER verteilen sich 0,5 Gramm Plasmamaterial auf ein Volumen von 837 Kubikmeter. Das entspricht der Dichte eines Hochvakuums.

Für das Kühlen der Magnete sowie das Halten und Erhitzen des Plasmas bis zum Einsetzen des Fusionsprozesses werden große Energiemengen benötigt. Ist der Prozess in Gang gekommen, wird ein Großteil der Heizleistung durch die kinetische Energie (Bewegungsenergie) der entstehenden Heliumkerne gedeckt (siehe Kettenreaktion). Bei den bisherigen Experimenten konnte das „Brennen“ des Plasmas nur über eine relativ kurze Zeit von etwa vier Sekunden aufrechterhalten werden. Die durch die Fusion gewonnene Energie entsprach dabei nur einem Teil der eingesetzten Energie. Erzielt wurden 16 Megawatt Leistung des Reaktors bei einer Aktivierungsenergie (Heizleistung) von 20 Megawatt.
Technische Daten [Bearbeiten]

ITER funktioniert nach dem Tokamak-Prinzip. Mit Hilfe von aus Supraleitern bestehenden Magnetspulen wird ein toroidales Magnetfeld erzeugt. In diesem Magnetfeld befindet sich ein Deuterium-Tritium-Plasma, in das nach dem Prinzip des Transformators ein elektrischer Strom induziert wird. Der Strom wirkt seinerseits wiederum durch sein eigenes Magnetfeld auf das Plasma zurück. Diese Einschlussmethode erlaubt es, das Plasma auf genügend hohe Temperatur und Dichte zu bringen, um die Fusionsreaktion zu zünden, die dann als (energetische) Kettenreaktion weiter „brennt“, solange die notwendigen Bedingungen aufrechterhalten werden.

Der Reaktor wird zunächst mit normalem Wasserstoff arbeiten, der Betrieb mit Deuterium und Tritium ist erst für das Jahr 2026 geplant.
[2] Des Weiteren wird die Anlage noch kein vollständiges Brutblanket besitzen, das die emittierte Neutronenstrahlung zur Gewinnung von Tritium aus Lithium nutzt. Die Blankettechnologie soll vielmehr nur bei verschiedenen Testeinsätzen erprobt werden. Die geplante Laufzeit des Reaktors beträgt 20 Jahre.
Schnitt durch den Reaktor des ITER

Zusammenfassung der technischen Eckdaten:
Gesamtradius: 10,7 Meter
Gesamthöhe: 30 Meter
Großer Plasmaradius: 6,2 Meter
Plasmavolumen: 837 Kubikmeter
Masse des Plasmas: 0,5 Gramm
Magnetfeld: 5,3 Tesla
Maximaler Plasmastrom: 15 Megaampere
Heizleistung und Stromtrieb: 73 Megawatt
Fusionsleistung: rund 500 Megawatt
Energieverstärkung: rund 10x
Mittlere Temperatur: 100 Millionen Grad Celsius
Brenndauer jedes Pulses: > 400 Sekunden
Standort [Bearbeiten]
ITER (Frankreich)
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Lage von Cadarache, Frankreich

Seit 2001 wurde über einen Standort für den ITER beraten. Standortbewerbungen kamen aus Frankreich, Spanien, Japan und Kanada. 2005 konkurrierten noch Frankreich mit Cadarache und Japan mit Rokkasho um den Standort. Während die USA, Japan und Südkorea den Standort Rokkasho bevorzugten, stimmten die Europäische Atomgemeinschaft, die Volksrepublik China und Russland für Cadarache. Am 28. Juni 2005 entschieden die beteiligten Staaten, den Versuchsreaktor im französischen Cadarache zu erstellen. Bei der Zustimmung Japans spielten aber nicht nur sachliche Abwägungen, sondern auch außenpolitische Aspekte eine Rolle. Des Weiteren wurden Japan Sonderkonditionen eingeräumt für den Fall, dass der Reaktor in Europa gebaut werden sollte. Bereits im November 2004 hatte der EU-Ministerrat für die EURATOM einstimmig beschlossen, ITER in Cadarache zu bauen, notfalls auch ohne die Beteiligung Japans, Südkoreas und der USA.

Nachdem Japan seine Bewerbung zurückgezogen hatte, einigten sich die Teilnehmer letztendlich auf den Standort Cadarache in Südfrankreich, etwa 35 km nordöstlich von Aix-en-Provence. Am 24. Mai 2006 wurde der Vertrag von den Regierungen aller Projektpartner unterzeichnet. Frankreich verpflichtete sich hierin zu umfangreichen Investitionen in die Infrastruktur wie Straßen, Stromversorgung, Datenleitungen sowie Wohnungen für die zukünftigen Forscher und deren Familien.

Für den Bau des ITER gab es bis 2003 auch eine inoffizielle deutsche Bewerbung mit dem ehemaligen Kernkraftwerk „Bruno Leuschner“ Greifswald in Lubmin bei Greifswald. Damit wären die Anlagen für das weltgrößte Tokamak-Experiment in direkter Nachbarschaft zur Baustelle des weltgrößten Stellarator-Experiments errichtet worden. Der ITER-Förderverband Region Greifswald unter Führung des früheren Ministerpräsidenten Alfred Gomolka reichte 2002 eine vollständige Standortbewerbung bei der Landesregierung Mecklenburg-Vorpommern ein. Diese wurde jedoch vom zuständigen Ministerpräsidenten Harald Ringstorff nicht weitergeleitet. Im Sommer des Jahres 2003 zog Bundeskanzler Gerhard Schröder die Zusage des ehemaligen Kanzlers Helmut Kohl zur Bewerbung um den ITER-Standort zurück. Bis dahin war Lubmin international der erfolgversprechendste Konkurrent, vor allem auch da der nun festgelegte Standort Cadarache in Frankreich ein Erdbeben-Risikogebiet ist, ebenso wie der dritte in Betracht gezogene japanische Standort.
Finanzierung [Bearbeiten]

Am 21. November 2006 unterzeichneten die Projektteilnehmer im Elyséepalast in Paris den endgültigen Vertrag, der auch die Finanzierung des Baus regelt. Teilnehmerstaaten sind neben der Europäischen Atomgemeinschaft (EURATOM) die Staaten China, Indien, Japan, Russland, Südkorea und die USA. Der Vertrag trat am 24. Oktober 2007 in Kraft. Als Ausgleich für die Wahl eines europäischen Standortes wurde Japan ein mindestens zehnprozentiger Anteil an den Aufträgen zur Ausstattung des Reaktors sowie die Förderung japanischer Forschung aus Mitteln der EURATOM zugesagt.

Während der Bauphase trägt die Europäische Union bzw. EURATOM 5/11 der Gesamtkosten (etwa 45 %), wobei 2/11 der Gesamtkosten (etwa 20 %) von Frankreich getragen werden. Die übrigen sechs Projektpartner tragen jeweils 1/11 der Gesamtkosten (etwa 9 %) und stellen damit die verbleibenden 6/11 der Mittel. Ein Teil davon wird von jeder Partei als Sachleistung erbracht, die unabhängig von den endgültigen Kosten der Beschaffung und Lieferung zu erbringen sind. Die Kosten des Betriebs und der Deaktivierung werden zu 34 % von EURATOM getragen.[3] Die Schweiz beteiligt sich mit einem jährlichen Beitrag von rund 8 Mio. CHF an der europäischen Fusionsforschung. [4]

Die Errichtung sollte zunächst gut 5,5 Mrd. Euro kosten (5,896 Mrd. EUR in Preisen des Jahres 2008). Im September 2008 erklärte der stellvertretende ITER-Direktor Norbert Holtkamp auf dem 25. Symposium zur Fusionstechnologie in Rostock, dass die ursprünglich geplanten Kosten um mindestens 10 Prozent steigen würden, eventuell sogar um 100 Prozent. Zurückzuführen sei dies auf die stark gestiegenen Preise für Rohstoffe und Energie sowie teure technische Weiterentwicklungen.[5]

Im Mai 2010 teilte die Europäische Kommission mit, dass laut einer aktuellen Kostenschätzung ihr Anteil an den Baukosten von ehemals geplanten 2,7 Milliarden Euro auf 7,3 Milliarden Euro steigen wird. Daraus errechnen sich Gesamtkosten in Höhe von 16 Milliarden Euro.[3] Die EU deckelte daraufhin ihren Anteil bei 6,6 Milliarden Euro. Sie will die Kostensteigerungen durch Umschichtungen aus dem Agrar- und dem Forschungsetat decken.
Projekthistorie [Bearbeiten]
Initiierung durch die Sowjetunion [Bearbeiten]

Bei Gesprächen mit den Präsidenten Frankreichs und der USA, François Mitterrand und Ronald Reagan, wurden 1985 aufgrund eines Vorschlages des sowjetischen Staatschefs Michail Gorbatschow eine Zusammenarbeit bei der Kernfusions-Forschung und der gemeinsame Bau eines Reaktors beschlossen[1]. Die Planungen begannen 1988 im deutschen Max-Planck-Institut für Plasmaphysik und führten 1990 zu einem ersten Entwurf des Versuchsreaktors.
ITER-Vertrag [Bearbeiten]

Am 21. November 2006 wurde in Paris der ITER-Vertrag von den acht Partnern unter Teilnahme des damaligen französischen Staatspräsidenten Jacques Chirac unterzeichnet. Gleichzeitig fand die erste Sitzung des ITER Interim Council statt. Der Vertrag trat am 24. Oktober 2007 in Kraft, 30 Tage nachdem er vom letzten Vertragspartner China ratifiziert worden war. Des Weiteren richtet jeder der sieben Partner eine eigene nationale Behörde ein, welche die Aufgabe hat, die vertraglichen Verpflichtungen des jeweiligen Landes gegenüber ITER zu erfüllen. Für die Europäische Atomgemeinschaft fällt diese Aufgabe der neu gegründeten Agentur Fusion for Energy – The European Joint Undertaking for ITER and the Development for Fusion Energy mit Sitz in Barcelona zu. Das Aufsichtsgremium ITER-Council hat seinen Sitz in Moskau.

Von deutscher Seite am Projekt beteiligt sind das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München, das Institut für Plasmaphysik (IPP) am Forschungszentrum Jülich und verschiedene Institute des KIT. Weitere wissenschaftliche Zentren liegen in San Diego (USA) und Naka (Japan).
Baumaßnahmen [Bearbeiten]

Die teilnehmenden Parteien gaben am 28. Juni 2005 nach langen Verhandlungen den Startschuss für den Bau von ITER. Der Beschluss umfasst den Bau eines Versuchsreaktors in Cadarache in Südfrankreich für insgesamt knapp 5 Milliarden Euro. Der Bau wurde im Jahre 2009 begonnen, das offizielle Datum für die Inbetriebnahme ist 2018. Der Reaktor soll 20 Jahre lang betrieben werden, wobei die Betriebskosten noch einmal etwa denselben Betrag erfordern werden.
Folgeprojekte [Bearbeiten]

Sollten die Experimente erfolgreich verlaufen und der Beweis erbracht werden, dass Energiegewinnung mittels Fusion machbar ist, soll als Folgeprojekt ein erstes, kommerziell taugliches Fusionskraftwerk namens DEMO (Demonstration Power Plant) gebaut werden, das die Kriterien der Wirtschaftlichkeit erfüllen muss.[6][7] Mit einem ersten regulären Fusionskraftwerk ist nach jetzigem Stand der Forschung (Stand April 2011) ab 2050 zu rechnen.[8]
Siehe auch [Bearbeiten]

Fusion mittels magnetischen Einschlusses – Grundlegendes Konzept von ITER und Wendelstein 7-X
Trägheitsfusion – Einleiten einer Fusionsreaktion durch den Beschuss mit Laser- oder Ionenstrahlen
Joint European Torus (JET) – bestehender Versuchs-Fusionsreaktor in Culham, England
Tokamak – Anlage zum Einschluss von Plasma, Anwendung im ITER
Stellarator – Anlage zum Einschluss von Plasma, Anwendung im Wendelstein 7-X
Blanket – Außen- und Brutzone eines Fusionsreaktors
Elektrostatischer Trägheitseinschluss, Polywell – Konzepte für Fusionsanlagen, die ohne heißes Plasma funktionieren sollen

Literatur [Bearbeiten]

Daniel Clery: „ITER’s $12 Billion Gamble“, in: Science 314, 2006, S. 238–242. doi:10.1126/science.314.5797.238
Rüdiger von Preuschen-Liebenstein: „Internationale ITER-Fusionsenergieorganisation: Wegbereiterin der Energieerzeugung durch Kernverschmelzung“ in: atw 2006,S. 622-625
N. Holtkamp: „An overview of the ITER project“, in: Fusion Engineering and Design 82, 2007, S. 427–434. doi:10.1016/j.fusengdes.2007.03.029

Einzelnachweise [Bearbeiten]

↑ ITER, IAEA sign deal to move nuclear fusion research forward. In: Energy Daily, 13. Oktober 2008. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Nuclear fusion power project to start in 2018: official. In: Energy Daily, 18. Juni 2009. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ a b Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament und den Rat: ITER: aktueller Stand und Zukunftsperspektiven, Brüssel, 4. Mai 2010, KOM(2010) 226 endgültig. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Verlängerung der Kooperation Schweiz – EURATOM im Bereich der Fusionsforschung. Pressemitteilung, Staatssekretariat für Bildung und Forschung, 10. Januar 2007. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Milliardenprojekt in Finanznot. Fusionsreaktor Iter wird deutlich teurer. Handelsblatt, 15. September 2008. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Kernfusion wird teurer: Reaktor könnte zehn Milliarden Euro mehr kosten. In: 3sat, 22. November 2001. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Europäische Kommission: Kernfusion: ITER richtet sich in Cadarache ein. In: FTE info Nr. 49, Mai 2006. Abgerufen am 8. Mai 2011.
↑ Beyond ITER. Offizielle ITER-Planung von 2008. Abgerufen am 8. Mai 2011

Weblinks [Bearbeiten]
Commons: ITER – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

ITER. The ITER Organization, abgerufen am 3. August 2008 (englisch, offizielle Homepage des Projekts).
EFDA – The ITER Project. European Fusion Development Agreement, abgerufen am 21. April 2011 (englisch).
IPP-Projekte: ITER. Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., abgerufen am 3. August 2008.
Forschung für ITER. Forschungszentrum Jülich GmbH, abgerufen am 3. August 2008.
International Atomic Energy Agency. Abgerufen am 3. August 2008 (englisch).

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#11

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 17:48
von Freedom • 4.914 Beiträge

Ich habe mal begonnen, jetzt nach Risiken zu googeln .... das erste, was ich bei n.tv gefunden habe, liest sich sehr gut, nach geringen Risiken.

http://www.n-tv.de/wissen/Ist-Kernfusion...cle2924046.html

Mittwoch, 23. März 2011
Energie aus dem AtomkernIst Kernfusion die Alternative?

Hat die Kernenergie eine Zukunft? Welche Gefahren die Kernspaltung birgt, hat uns nicht zuletzt die Havarie in Fukushima deutlich vor Augen geführt. Schon seit ungefähr 50 Jahren beschäftigen sich Forscher mit der Energiegewinnung aus dem umgekehrten Vorgang: dem Verschmelzen zweier Kerne. Ist die Kernfusion eine Alternative zur Kernspaltung? Wann könnten wir mit dem ersten Fusionsstrom rechnen? Und welche Risiken sind mit der Stromerzeugung aus Kernfusion verbunden? Isabella Milch, Pressereferentin des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP), erklärt im Gespräch mit n-tv.de, wie es um die Kernfusion derzeit steht. Das IPP erforscht in Garching und Greifswald die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk.

n-tv.de: Frau Milch, wie weit ist die Fusionsforschung gediehen? Wann könnte der erste Fusionsstrom ins Netz eingespeist werden?

Isabella Milch: Ein Fusionskraftwerk wird es in ungefähr 50 Jahren geben, sofern die Forschung Erfolg hat. Dann ist es durchaus eine Alternative zu Kohle- und Kernkraftwerken.

Was macht denn die Energiegewinnung aus Kernfusion so schwierig?
Der Testreaktor ITER soll 2018 den Betrieb aufnehmen, dann zunächst mit normalem Wasserstoff. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium soll 2026 starten.

Der Testreaktor ITER soll 2018 den Betrieb aufnehmen, dann zunächst mit normalem Wasserstoff. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium soll 2026 starten.
(Foto: picture-alliance/ dpa)

Die Schwierigkeit ist, tatsächlich Energie zu gewinnen, also mehr Energie herauszubekommen als man hineingesteckt hat. In der großen europäischen Anlage JET in Culham, Großbritannien, hat man 1997 schon mal gezeigt, dass Kernfusion funktioniert. Die Anlage war aber zu klein, um aus den Abläufen wirklich Energie zu gewinnen. Nur gut 65 Prozent der investierten Heizenergie hat JET als Fusionsenergie zurückgeliefert. Das soll nun in dem internationalen Testreaktor ITER, der zurzeit in Cadarache, in Frankreich, aufgebaut wird, anders sein. Die Anlage soll zehnmal mehr Leistung liefern als investiert werden musste, nämlich 500 Megawatt Fusionsleistung, in Pulsen von fünf bis zehn Minuten.

Erzeugt dieses Kraftwerk dann auch Strom?

Höchstwahrscheinlich nicht. ITER ist kein fertiges Kraftwerk, sondern immer noch eine Forschungsanlage. Die Nachfolgeanlage DEMO, ein Demonstrationskraftwerk, soll dann alles können und eben auch über einen längeren Zeitraum Strom erzeugen. Das könnte, wenn alles funktioniert, in etwa 30 Jahren der Fall sein.

Sie sprachen gerade von Heizenergie. Die Temperatur in einem Fusionsreaktor muss enorm hoch sein, 100 bis 200 Millionen Grad Celsius. Wie wird diese Hitze erzeugt?

Da muss man sich zunächst klar machen, dass der benötigte Brennstoff extrem dünn ist. Eine Viertelmillion Mal dünner als die Luft, die wir atmen. In einer riesigen Kammer sind dann ein bis zwei Gramm ionisiertes Gas, man spricht von Plasma, und das ist sehr heiß.
Zurzeit arbeiten die Forscher noch an dem Problem, das Plasma zum Brennen zu bringen.

Zurzeit arbeiten die Forscher noch an dem Problem, das Plasma zum Brennen zu bringen.

Heizmethoden gibt es verschiedene: Man kann zum Beispiel Mikrowellen in das Plasma hineinstrahlen. Das funktioniert nach dem Prinzip eines Mikrowellenherdes. Oder Radiowellen. Oder man schießt beschleunigte Wasserstoffteilchen in das Plasma hinein. Wie bei einer Billardkugel, die man in den Pool stößt, und die ihre Energie an andere Kugeln abgibt, wird dann auch hier die Energie übertragen. Das sind drei Heizmethoden, mit denen sich die hohe Temperatur erreichen lässt.

Wird die Hitze dann auf gleichem Weg aufrechterhalten?

Die Temperatur hinzukriegen, ist eine Sache. Sie lange genug aufrechtzuerhalten, ist wesentlich schwieriger. Man braucht eine gute Wärmeisolation für den Brennstoff, also für das dünne, heiße Gas. Klar ist, dass ein Gefäß dafür ungeeignet ist, denn sobald das dünne Gas an die Gefäßwand stößt, kühlt es ab.
Hier dargestellt: das von einer Magnetfeld umschlossene Plasma (gelb).

Hier dargestellt: das von einer Magnetfeld umschlossene Plasma (gelb).

Deswegen nimmt man ein "immaterielles Gefäß": Man baut einen Käfig aus Magnetfeldlinien. So schwebt das Gas dann vor den Wänden des Gefäßes, ohne dass es abkühlenden Wandkontakt hat. Die Wärmeisolation steigt, je besser der Magnetfeldkäfig und je größer die Anlage. Denn je größer die Anlage, umso dicker ist die isolierende Schicht zwischen dem heißen Zentrum und dem kälteren Rand des Gasvolumens.

Ist diese Hitze denn kontrollierbar?

Sobald man das Plasma an die Wand fahren lässt, ist es aus. Und der tonnenschweren Stahlwand tut es nichts, wenn sie – wie zum Beispiel in der Garchinger Fusionsanlage "ASDEX Upgrade" – von zwei Milligramm heißem Gas berührt wird; auch nicht, wenn es 100 Millionen Grad Celsius heiß ist.

Wie störanfällig ist das System?

Zurzeit arbeiten Wissenschaftler an dem Problem, dieses Feuer zu entfachen. Wenn das dann in ITER gelungen sein sollte, sorgt jede Änderung der Betriebsbedingungen – zu heiß, zu kalt, zu wenig Gas, zu viel Gas – dafür, dass das Feuer ausgeht. Man muss also einen genauen Arbeitspunkt treffen. Und man muss immer Brennstoff nachfüllen.

Apropos Brennstoff: Deuterium lässt sich aus Meerwasser gewinnen. Woher aber bekommt man das notwendige Tritium?
Kernfusionsexperiment Wendelstein 7X am Max-Planck-Institut in Greifswald: Das erste von fünf Magnetmodulen wurde nach jahrelangen Planungen und Vorarbeiten 2009 an seinem endgültigen Standort montiert.

Kernfusionsexperiment Wendelstein 7X am Max-Planck-Institut in Greifswald: Das erste von fünf Magnetmodulen wurde nach jahrelangen Planungen und Vorarbeiten 2009 an seinem endgültigen Standort montiert.
(Foto: picture-alliance/ dpa)

Das erzeugt man aus Lithium, und zwar – so der Plan – im Fusionskraftwerk selbst.

Muss man dafür doch wieder auf Kernspaltungsprozesse zurückkommen?

Nein, das ist eine Brutreaktion. Wenn bei der Fusion schwerer und überschwerer Wasserstoff zu einem Heliumkern verschmelzen, bleibt dabei ein schnelles Neutron übrig. Und dieses Neutron würde dann aus Lithium Tritium erzeugen.

Die Neutronen, die auf die Wände des Reaktorgefäßes treffen, verwandeln dieses in eine radioaktive Hülle, indem sie Atome aktivieren. Gleichzeitig ist das Material durch den Einfluss der Neutronen einer hohen Belastung ausgesetzt. Wie oft müsste solch ein Reaktorgefäß ausgetauscht werden?

Bestimmte Teile der Gefäßwand, die besonders belastet sind, müssen mehrfach ausgetauscht werden. Aber die zeitlichen Abstände sind noch unklar; das ist noch Forschungsgegenstand. Man hofft, dass ein Reaktorgefäß ein paar Jahre hält.
Bilderserie

Energie aus dem Atomkern: Ist Kernfusion die Alternative?
Energie aus dem Atomkern: Ist Kernfusion die Alternative?
Nach diesem Prinzip funktioniert die Wasserstoffbombe.

Neue Form der Energiegewinnung
Wie funktioniert Kernfusion?
Alle Bilderserien

Es entsteht also radioaktiver Müll. Weiß man schon, wo und wie lange der eingelagert werden muss?

Was während seiner Lebenszeit aus dem Kraftwerk herausgenommen wird, lagert man wahrscheinlich vor Ort. Arbeitet das Kraftwerk nicht mehr, könnte man es stehen- und für 50 bis 100 Jahre abklingen lassen. Dann ist ein großer Teil der Radioaktivität schon abgeklungen. Denn der Unterschied zum Spaltabfall der Atomkraftwerke ist groß: Die Halbwertszeiten der Stoffe in einem Fusionskraftwerk sind sehr viel niedriger.

Gibt es in einem Fusionskraftwerk irgendeine Energiequelle, die außer Kontrolle geraten könnte?

So etwas wie eine Kernschmelze, irgendetwas, was ihr vergleichbar wäre, ist im Fusionskraftwerk physikalisch nicht möglich. Als Energiequellen gibt es das Plasma, das Magnetfeld und heißes Kühlmittel. Keine dieser Energiequellen schafft es, eine Sicherheitshülle von innen zu zerstören.

Mit Isabella Milch sprach Andrea Schorsch.

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#12

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 17:57
von Freedom • 4.914 Beiträge

Die Grünen sind dagegen, aber wenn ich das richtig verstehe, aus finanziellen Gründen, hier ein Artikel .. pdf suche ich gleich, ob man den Text übernehmen kann oder nur verlinken. Dann paar Meinungen einiger Leute, die das kommentiert haben.

http://www.abgeordnetenwatch.de/austritt...er-605-270.html

Austritt aus der Kernfusion (ITER)
Die Grünen glauben, dass die Kernfusion in den nächsten 50 Jahren keinen Beitrag leisten kann, die drängenden globalen Energie- und Klimaprobleme zu lösen. Der Bau des Kernfusionsreaktors ITER stelle zudem ein unkalkulierbares Risiko für die öffentlichen Haushalte Deutschlands und der EU dar, heißt es in dem Antrag.

Hintergrundinformationen

Zur Abstimmung
Abstimmungsverhalten

ITER ist ein Versuchs-Fusionsreaktor, der sich derzeit in Bau befindet. Er soll die großtechnische Nutzung der kontrollierten Kernfusion zur Stromerzeugung vorbereiten. Der Bau der Anlage in Cadarache (Frankreich) hat 2009 begonnen und soll etwa 10 Jahre in Anspruch nehmen. ITER wird voraussichtlich 2018 in Betrieb genommen werden.

Die Kosten für das ITER-Projekt wurden ursprünglich auf etwa 10 Milliarden Euro veranschlagt. Neben den Betriebskosten von rund 4,5 Milliarden Euro (über geplante 20 Jahre) beinhaltete diese Summe auch etwa 4 Milliarden Euro für Planung und den Bau der Anlage. Im Mai 2010 bezifferte die EU-Kommission die Gesamtkosten mit 15 Mrd. Euro.

Die Fraktion von Bündnis 90 / Die Grünen fordert die Bundesregierung in ihrem Antrag auf, das ITER-Abkommen einvernehmlich aufzuheben oder außerordentlich zu kündigen und unverzüglich damit zu beginnen, die Fusionsforschungsmittel aus dem Bundeshaushalt auf die Erforschung erneuerbarer Energien und der Energieeinsparung zu übertragen. Die Regierungskoalition lehnte die Forderung ab.
.......

Kommentare von Besuchern zur Abstimmung
Kommentar #21
Die Kommentare hier dokumentieren leider das technische Unverständnis bezgl. dieses Themas. 250 Mio. Grad heisses Plasma benötigt nur wenige Fremdatome im Vakuum des Torus, um zu kollabieren. Beziehe mich dabei auf eine Gastvorlesung des Leiters des Torus-Baus ITER an der Universität Karlsruhe. Wer schreibt "da kann man gleich bei AKWs bleiben" hat nichts, aber auch gar nichts begriffen. Ich selbst bin skeptisch hinsichtlich der wirtschaftlichen Nutzbarkeit der Fusionstechnik und den sich daraus ergebenden zentralisierten Versorgerstrukturen. Aber die Diskussion hier ist — aus technischer Sicht — oberpeinlich. Kommentar #17: Zurück auf die Schulbank!
von: Joe
am: 28.06.2011 08:51

Kommentar #20
Mein Gott, was habe ich da nur für kurzsichtige, technikfeindliche Neandertaler gewählt. Bei der Bundestagswahl passiert mir das nicht mehr.

Nur zur Info: Ein Kernfusionsreaktor läuft mit Wasserstoff, nicht mit Plutonium. Abfälle nach der Demontage werden nur passiv verstrahlt, strahlen nur einige Jahrzehnte und auch um Größenordnungen schwächer als Plutonium oder Uran. Explodieren kann er auch nicht, es befinden sich immer nur einige mg im Tokamak. Der ganze Aufwand bei dem Teil dreht sich grade darum dass das Gas nicht abkühlt. Beim geringsten Kontakt mit der Wand bricht die Reaktion komplett zusammen, da verdampft auch nichts.

Dafür ist die Technik auch grundlastfähig. Fusion und Solar- oder Windstrom stehen in keinem konkurrenzkampf zueinander sonder ergänzen sich.

Wer gegen fusionsforschung ist und stattdessen nur "erneuerbare Energien" fördern will hat weder Technik noch das Konzept verstanden und denkt offenbar nur in Legislaturperioden.

Genau das ist halt die hässliche Seite der Grünen. Was Nicht ins eigene Weltbild passt wird abgestraft.
von: Rupert Jung
am: 25.06.2011 21:19

Kommentar #19
Kernfusionskraftwerke haben gegenüber den bisherigen, mit Kernspaltung arbeitenden Kernkraftwerken die Vorteile eines größeren Brennstoffvorrats, höherer Anlagensicherheit und weniger langlebiger radioaktiver Abfälle.

In der Hoffnung, den künftigen Energiebedarf mittels der Kernfusion decken zu können, arbeiten die Industrieländer seit den 1960ern an der Entwicklung der erforderlichen Technologien. Aktuell im Bau befindliche Versuchsreaktoren sind ITER und Wendelstein 7-X.

Die Umsetzung von 1 kg Deuterium-Tritium-Gemisch im Kernfusionsreaktor liefert eine thermische Energie von rund 100 Millionen Kilowattstunden (100 Gigawattstunden, GWh) oder 12,3 Mio kg SKE.

Bei einem angenommenen Wirkungsgrad eines Fusionskraftwerkes von 35 % (vergleichbar einem heutigen KKW) entspricht das einer elektrischen Energie von 35 GWh.

Deutschland benötigte im Jahr 2009 etwa 580 TWh (Terawattstunden) elektrische Energie.
Um Deutschland mit elektrischer Energie zu versorgen, würde ein Deuterium-Tritium-Gemisch von 45 kg pro Tag oder knapp 2 kg pro Stunde ausreichen.

Dann sind wir auch nicht mehr abhängig von der Rohstofflieferung durch unsere Gegner!

Ihr Name
am: 12.06.2011 16:50

Kommentar #18
Und schonwieder werden durch ITER zentralistische Strukturen der großen Energielieferanten begünstigt. Klasse Lobbyarbeit!
Dass dadurch ein Oligopol der wenigen Energielieferanten und ein unsichereres Stromnetz als mit vielen kleineren dezentralen Kraftwerken - wie es z.B. mit Windkraftanlagen der Fall wäre - entstehen scheint unseren Politikern wohl völlig egal zu sein?
von: Ihr Name
am: 19.05.2011 12:08

Kommentar #17
Man bedenke das Risiko des 100.000.000 °C heißen Plasmas...das ist 100mal heißer als eine Atombombe!
Die Folge eines Ausfalls des Magnetfeldes für den Bruchteil einer Sekunde (sei es durch einen Stromausfall, ein Erdbeben, Terroranschlag, oder schlicht einen technischen Fehler): Alles um das Kraftwerk herum und das Kraftwerk selbst werden schlagartig gasförmig, eine gewaltige Druckwelle entsteht und alles im Umkreis von einigen Kilometern wird einfach weggeblasen. Dazu wird eine nicht unerhebliche Menge an radioaktivem Tritium frei.
Klar ist dieser Fall unwahrscheinlich, aber sicher nicht mehr als ein Super GAU in einem unserer Atomkraftwerke.
Wer das Risiko eingehen will kann auch gleich bei den AKW's bleiben!
von: D.R.
am: 18.05.2011 23:07

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#13

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 18:02
von Freedom • 4.914 Beiträge

Ich hoffe, das der Text unten die richtige Reihenfolge hat .. ansonsten besser mal in den Link rein gehen, ich kopiere Texte nur immer deshalb gern, weil Links manchmal weg kommen und man dann nichts mehr hat.

http://dip21.bundestag.de/dip21/btd/17/019/1701949.pdf

Deutscher Bundestag Drucksache 17/1949
17. Wahlperiode 08. 06. 2010
Beschlussempfehlung und Bericht
des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung (18. Ausschuss)
zu dem Antrag der Abgeordneten Sylvia Kotting-Uhl, Hans-Josef Fell, Kai Gehring, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN – Drucksache 17/1433 –
Kernfusionsforschung kritisch überprüfen – ITER-Vertrag kündigen
A. Problem
Deutschland steht als hochentwickeltes Industrieland in der Verantwortung, sich auf nationaler und internationaler Ebene für einen sicheren und zivilen Einsatz von Zukunftstechnologien einzusetzen.
Die Kernfusion wird in den nächsten 50 Jahren keinen Beitrag leisten, die drän- genden globalen Energie- und Klimaprobleme zu lösen und insbesondere die drohende fortschreitende Erderwärmung auf maximal zwei Grad Celsius zu be- grenzen.
Der Bau des Kernfusionsreaktors ITER stellt zudem aufgrund explodierender Kosten ein unkalkulierbares Risiko für die öffentlichen Haushalte Deutschlands und der EU dar.
B. Lösung
Die Bundesregierung soll aufgefordert werden darauf hinzuwirken, das ITER- Abkommen einvernehmlich aufzuheben oder außerordentlich zu kündigen, den Deutschen Bundestag zeitnah und umfassend über die Entscheidungen und Er- gebnisse der Sitzungen des ITER-Council zu unterrichten und unverzüglich da- mit zu beginnen, die Fusionsforschungsmittel aus dem Bundeshaushalt auf die Erforschung erneuerbarer Energien und der Energieeinsparung zu übertragen.
Ablehnung des Antrags mit den Stimmen der Fraktionen der CDU/CSU und FDP gegen die Stimmen der Fraktionen DIE LINKE. und BÜNDNIS 90/ DIE GRÜNEN bei Stimmenthaltung der Fraktion der SPD
C. Alternativen
Annahme des Antrags auf Drucksache 17/1433.
Drucksache 17/1949 – 2 – Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode
D. Kosten
Nach den Ausführungen im Antrag auf Drucksache 17/1433 betragen die jähr- lichen Gesamtausgaben der Bundesrepublik Deutschland für die Kernfusion ca. 135 Mio. Euro jährlich mit steigender Tendenz. Bis zum Jahre 2009 seien be- reits über 3,3 Mrd. Euro für die Fusionsforschung ausgegeben worden. Beim Bau des ITERS werde mit erheblichen Kostensteigerungen gerechnet. Nach dem ITER-Abkommen trage Europa einen Kostenanteil von 45,5 Prozent, alle anderen Partner 9,1 Prozent. Der EU-Beitrag werde nach Informationen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung von 2,8 Mrd. im Jahr der Ver- tragsunterzeichnung 2006 auf geschätzte 5,6 Mrd. Euro steigen. Nach Mittei- lung der Kommission an das Europäische Parlament und den Rat „ITER: aktueller Stand und Zukunftsperspektiven“ auf Ratsdok. 9424/10 vom 7. Mai 2010 (Ausschussdrucksache 17(18)49) steige der Anteil Europas an den Ge- samtbaukosten des ITER auf 7,2 Mrd. Euro.
Nach Schätzungen von Zukunftsenergieforschern würden die Gesamtausgaben des ITER bis zur voraussichtlichen ersten Stromlieferung im Jahre 2055 auf 100 Mrd. Euro steigen.
Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode– 3 – Drucksache 17/1949
Beschlussempfehlung
Der Bundestag wolle beschließen,
den Antrag auf Drucksache 17/1433 abzulehnen.
Berlin, den 19. Mai 2010
Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Ulla Burchardt Vorsitzende
Dr. Stefan Kaufmann Berichterstatter
René Röspel Berichterstatter
Dr. Martin Neumann (Lausitz) Berichterstatter
Dr. Petra Sitte Berichterstatterin
Sylvia Kotting-Uhl Berichterstatterin
Drucksache 17/1949 – 4 – Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode
Bericht der Abgeordneten Dr. Stefan Kaufmann, René Röspel, Dr. Martin Neumann (Lausitz), Dr. Petra Sitte und Sylvia Kotting-Uhl
I. Überweisung
Der Deutsche Bundestag hat den Antrag auf Drucksache 17/1433 in seiner 40. Sitzung am 6. Mai 2010 beraten und an den Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgen- abschätzung zur federführenden Beratung und an den Aus- schuss für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit zur Mitberatung überwiesen.
II. Wesentlicher Inhalt der Vorlagen
Die Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN erklärt, dass Deutschland als hochentwickeltes Industrieland in der Ver- antwortung stehe, sich auf nationaler und internationaler Ebene für einen sicheren und zivilen Einsatz von Zukunfts- technologien einzusetzen.
Die Energieforschung müsse sich angesichts des Klimawan- dels stärker auf die nachhaltige Lösung aktueller Energie- und Klimaprobleme konzentrieren.
Die Kernfusion werde in den nächsten 50 Jahren keinen Bei- trag leisten, die drängenden globalen Energie- und Klima- probleme zu lösen und insbesondere die drohende fortschrei- tende Erderwärmung auf maximal zwei Grad Celsius zu begrenzen.
Der Bau des Kernfusionsreaktors ITER stelle zudem auf- grund explodierender Kosten ein unkalkulierbares Risiko für die öffentlichen Haushalte Deutschlands und der EU dar.
Vor diesem Hintergrund soll die Bundesregierung aufgefor- dert werden darauf hinzuwirken, das ITER-Abkommen ein- vernehmlich aufzuheben oder außerordentlich zu kündigen, den Deutschen Bundestag zeitnah und umfassend über die Entscheidungen und Ergebnisse der Sitzungen des ITER- Council zu unterrichten und unverzüglich damit zu begin- nen, die Fusionsforschungsmittel aus dem Bundeshaushalt auf die Erforschung erneuerbarer Energien und der Energie- einsparung zu übertragen.
III. Stellungnahmen der mitberatenden Ausschüsse
Der mitberatende Ausschuss für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit hat mit den Stimmen der Fraktionen der CDU/CSU und FDP gegen die Stimmen der Fraktionen DIE LINKE. und BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN bei Stimm- enthaltung der Fraktion der SPD empfohlen, den Antrag auf Drucksache 17/1433 abzulehnen.
IV. Beratungsverlauf und Beratungsergebnisse im federführenden Ausschuss
Allgemeiner Teil
Der Ausschuss für Bildung, Forschung und Technik- folgenabschätzung hat die Vorlage in seiner 12. Sitzung am 19. Mai 2010 beraten und empfiehlt:
Ablehnung des Antrags auf Drucksache 17/1433 mit den Stimmen der Fraktionen der CDU/CSU und FDP gegen die Stimmen der Fraktionen DIE LINKE. und BÜNDNIS 90/ DIE GRÜNEN bei Stimmenthaltung der Fraktion der SPD.
Von Seiten der antragstellenden Fraktion BÜNDNIS 90/ DIE GRÜNEN wird Bezug auf die Annahme der Mitteilung „ITER: aktueller Stand und Zukunftsperspektiven“ durch die EU-Kommission vom 4. Mai 2010 genommen. Ziel der Mit- teilung sei, die verwaltungstechnischen und finanziellen Be- dingungen für die Realisierung des ITER darzulegen und die Fusionsforschung zu begründen. Mit der erfolgreichen Rea- lisierung des ITER werde ermittelt, ob die Kernfusion einen Beitrag zur langfristigen Sicherheit der europäischen Ener- gieversorgung leisten könne. Nach Ansicht der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN gehe es damit nur um die Frage der Machbarkeit und um ein forschungspolitisches Prestigeobjekt der EU.
Angesichts schwieriger Haushaltslagen auf allen Ebenen seien jedoch die explodierenden Kosten von größter Bedeu- tung. Der vereinbarte Kostenanteil der EU sei von 2,8 Mrd. Euro im Jahre 2006 auf inzwischen 7,3 Mrd. Euro gestiegen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden bisher verfolg- ten Finanzierungsoptionen – Finanzierung über ein Darlehen der europäischen Investitionsbank oder über eine Umvertei- lung von Haushaltsmitteln – nach Ansicht der EU-Kommis- sion nicht weiter verfolgt werden könnten. Sie schlage daher zwei neue Optionen vor: Bereitstellung zusätzlicher Mittel durch die Mitgliedstaaten bis 2020 und eine Nettoanhebung des Finanzrahmens bis 2013.
Die Antragsteller betonen, dass sich offensichtlich die finan- ziellen Rahmenbedingungen seit der Antragstellung massiv verschlechtert hätten und skizzieren ihre zentralen Forderun- gen: Zeitnahe und umfassende Unterrichtung des Deutschen Bundestages über die Ergebnisse der Sitzung des ITER- Councils, schrittweise Übertragung der Haushaltsmittel für die Fusionsforschung auf erneuerbare Energien und Energie- sparmaßnahmen und kurzfristige Aufhebung oder außeror- dentliche Kündigung des ITER-Abkommens.
Im Ergebnis sei ITER in umwelt-, energie- und finanzpoli- tischer Hinsicht ein sinnloses Projekt.
Von Seiten der Fraktion der CDU/CSU wird ebenfalls die dramatische Kostenentwicklung bei ITER beklagt. Es sei im Zusammenhang mit der ebenfalls dramatischen Diskussion- sentwicklung im Zuge der Vorbereitung des Wettbewerbs- fähigkeitsrates damit zu rechnen, dass der angestrebte Be- schluss auf der Ratssitzung nicht gefasst werde. Die Unionsfraktion halte jedoch nach wie vor ITER für ein sinn- volles Projekt, und es sei kontraproduktiv, die Fusions- forschung gegen die Förderung erneuerbarer Energien oder der Energieeffizienz auszuspielen.
Das Fusionskraftwerk biete die langfristige Option, Energie sicher, klima- und umweltfreundlich bereitzustellen. Das Klimaproblem werde bis zum Jahr 2050 noch nicht gelöst sein. Es gebe große Brennstoffreserven und keine Endlager- probleme. Darüberhinaus biete ITER besondere Chancen für die nationale Technologie- und Industrieentwicklung. Daher
Deutscher Bundestag – 17. Wahlperiode– 5 – Drucksache 17/1949
wolle die Fraktion der CDU/CSU derzeit weiter an dem Pro- jekt festhalten.
Von Seiten der Fraktion der SPD wird erklärt, dass sie die Kernfusion immer eher als Forschungs- und nicht als Ener- gieoption gesehen habe. Man habe zu Zeiten der rot- grünen Bundesregierung auch mit der Problematik eines Vertrags- ausstiegs zu tun gehabt, der die Kosten nicht reduziere, je- doch die Finanzierungsquellen schließe.
Man sehe einerseits die Notwendigkeit, Energie schnellst- möglich umweltfreundlich und nachhaltig bereitzustellen, andererseits die Kostenexplosion und wegbrechendes zu- sätzliches Finanzierungspotential. Die Fraktion der SPD sei daher der Auffassung, die in der EU-Vorlage angedeutete Priorisierung zu verfolgen.
Im Unterschied zur Fraktion der CDU/CSU sehe man die Tendenz, dass die Kernfusion und erneuerbare Energien ge- geneinander ausgespielt würden. Es wird auf eine Haushalts- sperre zum Marktanreizprogramm für Effizienz und Wärme- dämmung hingewiesen, zu der der Bundesrat zwischenzeit- lich eine Resolution verabschiedet und einen Antrag gestellt habe.
Die Fraktion der SPD sehe den Konflikt, dass auf der einen Seite 1,4 Mrd. Euro für die Kernfusion zur Verfügung gestellt werden müssten, auf der anderen Seite würde die Finanzierung nachhaltiger Verfahren zu Energiebereitstel- lung beschnitten. Die Fraktion der SPD werde sich gegen- über dem vorliegenden Antrag enthalten, da sie die Forde- rung einer Kündigung des Vertrags nicht unterstütze. Die Bundesregierung werde jedoch aufgefordert, die Kostenfra- ge und eine Deckelung der Kosten beim Wettbewerbsrat zu thematisieren.
Von Seiten der Fraktion der FDP werden die politische Dimension und die Frage des Managements und der Umset- zung des Projektes angesprochen. Was die politische Option angehe, herrsche in der FDP-Fraktion Klarheit darüber, dass es sich lohne, in eine Zukunftsenergie ohne klimaschädliche Emissionen zu investieren.
Jedoch sei man jetzt gefordert, sich mit den enormen Kosten- steigerungen zu befassen, die sich jedoch bereits im Jahre 2008 abgezeichnet hätten. Die Verteuerung des Projektes sei ein ernst zu nehmendes Problem, und man schließe sich der Forderung einer Kostendeckelung an. Die bisher geleistete Forschungsarbeit dürfe aber nicht vergeblich gewesen sein. Der ITER werde bahnbrechende Forschungs- und Entwick- lungsarbeit ermöglichen. Daher sei das Projekt weiter zu för- dern, und der Vorschlag der Kommission, die Aktivitäten um zwei Jahre zu verschieben, werde abgelehnt.
Von Seiten der Fraktion DIE LINKE. wird daran erinnert, dass ITER bereits 1985 mit Beteiligung Frankreichs, der Sowjetunion und den USA beschlossen worden, die USA aber schon 1998 aus Kostengründen wieder ausgestiegen sei. In dieser Zeit sei in der Öffentlichkeit noch nicht ernsthaft über einen drohenden Klimawandel und dringend einzu- leitende Gegenmaßnahmen diskutiert worden.
Heute stelle niemand mehr diese Problematik und das enge Zeitfenster für Reaktionen ernsthaft in Frage.
Die Fusionsforschung wird von der Fraktion DIE LINKE. als spannende wissenschaftliche Option gewertet. Sie und erneuerbare Energien dürften aber nicht vor dem Hinter- grund begrenzter finanzieller Mittel und des kleinen Zeit- fensters für Maßnahmen gegen den Klimawandel gegenein- ander ausgespielt werden.
„Mammut-Projekte“ wie ITER seien angesichts der aktuel- len Diskussion über die Verlängerung der Laufzeiten von Atomkraftwerken und der Kürzung der Solarförderung nicht angemessen. Ein Systemwechsel hin zur Effizienzforschung und einer stärkeren Förderung erneuerbarer Energien sei not- wendig. ITER widerspreche auch der Idee dezentraler Ver- sorgungsstrukturen und werde aufgrund monopolistischer Strukturen zu einer unübersichtlichen und erpresserischen Preisgestaltung führen.
Es wird darauf hingewiesen, dass auf EU-Ebene die gleichen Debatten über ungelöste Finanz- und Managementfragen ge- führt würden. Offene Fragen und neue Forschungsergebnis- se könnten oder müssten dazu führen, dass das Gesamtkon- zept des Projektes erneut auf den Prüfstand gestellt werde. Daher stimme man mit der Auffassung der Antragsteller überein, alle zur Verfügung stehenden Mittel für einen Systemumstieg zu verwenden. Es sei ein Skandal, dass der Vertrag keine Optionsklausel für einen Ausstieg beinhalte.
Von Seiten der Bundesregierung wird betont, dass die Bun- desregierung nicht beabsichtige, den ITER-Vertrag zu kün- digen. Die jetzt öffentlich gewordenen Kostensteigerungen seien jedoch so erschreckend, dass die Bundesregierung beabsichtige, die Kostenschätzungen auf Einsparpotenziale hin zu überprüfen und im Hinblick auf zukünftige Kosten- steigerungen eine Kostendeckelung vorzusehen. Sie werte die Kernfusionsforschung als außerordentlich wichtiges Pro- jekt im Dienste einer zukünftigen CO2-neutralen Energiege- winnung.
Sie wolle daher in der nächsten Woche im Wettbewerbsrat auf Verbesserungen des ITER-Managements, eine klarere Definition des Zeitplans und eine Konkretisierung des Kos- tenrahmens hinwirken. Alle Partner seien in der Pflicht, die notwendigen Kosten gemeinsam zu tragen. Es gebe keine Bereitschaft von Seiten der Bundesregierung, darüberhinaus Kosten in Deutschland zu tragen.
Begründungen
Zur Begründung des Antrags wird auf die Seiten 2 und 3 der Drucksache 17/1433 verwiesen.
Berlin, den 19. Mai 2010
Dr. Stefan Kaufmann Berichterstatter
René Röspel Berichterstatter
Dr. Martin Neumann (Lausitz) Berichterstatter
Dr. Petra Sitte Berichterstatterin
Sylvia Kotting-Uhl Berichterstatterin


Gesamtherstellung: H.HeenemannGmbH&Co.,Buch-undOffsetdruckerei,Bessemerstraße83–91,12103Berlin,www.heenemann-druck.de
Vertrieb:BundesanzeigerVerlagsgesellschaftmbH,Postfach100534,50445Köln,Telefon(0221)97668340,Fax(0221)97668344,www.betrifft-gesetze.de
ISSN 0722-8333

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#14

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 18:07
von Freedom • 4.914 Beiträge

http://www.wir-ernten-was-wir-saeen.de/e.../fusionsreaktor

Was ist ein Fusionsreaktor?

Kernfusion bedeutet das Verschmelzen zweier Atomkerne. Dabei können, je nach Reaktion, große Mengen von Energie freigesetzt oder aber verbraucht werden. Kernfusionen, bei denen Energie frei wird, laufen in Form von Kettenreaktionen ab. Sie sind die Quelle der Energie der Sterne, zum Beispiel auch unserer Sonne. Eine Energie freisetzende Kettenreaktion der Verschmelzung von Deuterium- und Tritiumkernen ist die wichtigste Basis der irdisch nutzbaren Fusionskraft.
Prinzip der Fusionsreaktion: Deuterium und Tritium fusionieren unter hohem Druck bzw. bei hoher Temperatur. Die Reaktion setzt Energie frei. Quelle: http://www.weltderphysik.de
Prinzip der Fusionsreaktion: Deuterium und Tritium fusionieren unter hohem Druck bzw. bei hoher Temperatur. Die Reaktion setzt Energie frei. Quelle: http://www.weltderphysik.de

Fusionskraft zählt wie Kernspaltung zur Kernkraft, hat aber gegenüber der Kernspaltung Vorteile wie kurzlebigere und schwächer strahlende atomare Abfälle, ein noch geringeres Risiko einer unkontrollierbaren Kettenreaktion und einen praktisch unerschöpflichen Brennstoffvorrat: Deuterium („schwerer Wasserstoff“) ist in kleinen aber ausreichenden Anteilen in normalem Wasser enthalten, Tritium („superschwerer Wasserstoff“) sollen die Fusionskraftwerke aus dem reichlich vorhandenen Rohstoff Lithium als Nebenprodukt des Betriebs selbst erzeugen. Ein Fusionsreaktor wandelt die Energie, die bei einer kontrollierten Kernfusion frei wird, in elektrischen Strom um. Die menschliche Nutzung der Fusionskraft stellt ein einmaliges technologisches Unterfangen dar – zwischen der ersten Erforschung der physikalischen Grundlagen der Fusionskraft und ihrer technischen Nutzung liegt ein Zeitraum von schätzungsweise einem Jahrhundert, der finanzielle und technologische Aufwand ist enorm.

Es gibt weltweit noch keinen Netzstrom erzeugenden Fusionsreaktor. Die technischen Hürden sind hoch, ein Fusionsreaktor muss extrem hohe Drücke und Temperaturen erzeugen, um die Fusion in Gang zu setzen. Die Planungen zu experimentellen Reaktoren sind jedoch weit fortgeschritten: Gegenwärtig ist der Reaktor JET (Joint European Torus, Gemeinsamer Europäischer Torus) fertig gestellt, der ITER (lateinisch für „der Weg“, ursprünglich: „International Thermonuclear Experimental Reactor“, Internationaler experimenteller Thermo-Nuklearreaktor) im Bau und die nächste Etappe, der Strom erzeugende Reaktor DEMO (Demonstration Power Plant, Demonstrationskraftwerk), in Planung. Alle diese Projekte werden von Kooperationen mehrerer Staaten getragen. JET ist der erste Reaktor, der ein Energiegleichgewicht erreicht hat, er kann kurzzeitig genauso viel Energie liefern, wie zuvor investiert wurde.
Wie funktionieren ein Fusionsreaktor?

Ein Fusionsreaktor funktioniert nach dem klassischen Prinzip eines Wärmekraftwerks: Wasser oder alternative Stoffe werden erhitzt und treiben eine Dampfturbine an, deren Bewegungsenergie von einem Generator in Strom gewandelt wird.
Plasma ist der vierte Aggregatszustand nach fest, flüssig und gasförmig. Über 99% der sichtbaren Materie im Weltall ist in diesem Zustand. Auch eine Kerzenflamme ist ein Beispiel für ein solches Plasma (Niedertemperaturplasma). Im Fusionsreaktor findet ein Hochtemperaturplasma mit einer Temperatur von bis zu einer Millionen Grad Celsius Verwendung. Quelle: http://www.weltderphysik.de
Plasma ist der vierte Aggregatszustand nach fest, flüssig und gasförmig. Über 99% der sichtbaren Materie im Weltall ist in diesem Zustand. Auch eine Kerzenflamme ist ein Beispiel für ein solches Plasma (Niedertemperaturplasma). Im Fusionsreaktor findet ein Hochtemperaturplasma mit einer Temperatur von bis zu einer Millionen Grad Celsius Verwendung. Quelle: http://www.weltderphysik.de

Ein Fusionskraftwerk benötigt zunächst eine hohe Menge an Energie. Ein Plasma muss erzeugt werden. „Plasma“ nennt man den vierten Zustand von Stoffen, nach fest, flüssig und gasförmig. Er ist dann erreicht, wenn Gase freie Ionen oder Elektronen aufweisen, man spricht auch von „ionisierten Gasen“. Ein Hochtemperaturplasma entsteht erst ab Temperaturen von 20.000 Grad Celsius und mehr, es leitet elektrischen Strom.

In einem Fusionsreaktor muss Plasma auf hundert Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Dafür werden dem Plasma für einige Sekunden 50 bis 100 Megawatt zugeführt. Gleichzeitig muss das Plasma hinter „magnetischen Gittern“ eingefangen werden, also mit Hilfe starker magnetischer Felder, die auf die elektrische Ladung der Plasmateilchen wirken. Erst durch diese extreme Energiekonzentration zündet die Fusionsreaktion. In der Folge wird ein Teil der frei werdenden Hitze für den Fortbestand der Reaktion genutzt. Mit der verbleibenden Wärme wird die Dampfturbine angetrieben und Strom erzeugt.
Vor- und Nachteile auf einen Blick
Vorteile

Fusion ist eine unverbrauchbare Energie, es gibt kein Ressourcenproblem für die Ausgangsstoffe. Große Mengen elektrischer Energie können durch ein Fusionskraftwerk langfristig und kontinuierlich geliefert werden.

Fusionskraftwerke sind – nach Bewältigung hoher Investitionskosten – eher günstig im Betrieb.

Fusion ist emissionsarm. Es fallen keine direkten Schadstoff-Emissionen an.

Gegenüber Kernspaltung hat die Kernfusion weniger direkte Nachteile: Eine unkontrollierte Kettenreaktion ist noch unwahrscheinlicher, es herrschen wesentlich kürzere Zerfallszeiten für den radioaktiven Rückstand (30-100 Jahre), der zudem schwächer strahlt.

Fusion kann helfen, noch unbekannten Herausforderungen zu begegnen. So ist Fusionskraft etwa als Antrieb für die Raumfahrt geeignet.

Nachteile

Die Nutzung der Fusionskraft bringt einen gewaltigen Finanzierungsaufwand für die Erforschung mit sich. Der Ertrag ist jedoch noch unabsehbar. Die Langfristigkeit der Marktfähigkeit von Fusionsenergie hilft nicht, aktuelle Probleme zu lösen.

Gesundheitliche Risiken sind noch unklar. Auch die Frage, ob Tritium aus einem Fusionsreaktor austreten kann, ist umstritten. Ein Restrisiko der Reaktorschmelze (Plasma wird auf 100 Mio. Grad Celsius erhitzt) besteht.

Fusionskraftwerke wären zentralisierte High-Tech-Reaktoren. Dies könnte in Zukunft auch zu Gerechtigkeitsproblemen führen, zum einen zwischen hoch entwickelten und sich entwickelnden Regionen, zum anderen zwischen den Generationen – die heute die Mittel aufbringen, werden von der Leistung kaum selbst noch profitieren.

Es besteht ein Restrisiko der Waffenfähigkeit: Ähnlich wie Kernspaltungstechnologie zum Bau einer Atombombe herangezogen werden kann, könnte eine über zivile Nutzung hinausgehende Fusionstechnologie zum Bau der Wasserstoffbombe befähigen.

Fusionsreaktoren aus Nutzersicht

Schon in den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurde Fusionskraft als potenzielle Chance der teilweisen Lösung des Energieproblems benannt. Die Rolle von Fusion in der öffentlichen Diskussion hat sich seitdem wenig geändert. Noch immer gilt Fusion als abstrakte Hoffnung, über die die Bevölkerung wenig informiert ist. Kritiker sprechen daher ironisch von der „Fusionskonstante“. Gemeint ist der gleich bleibenden Zeitraum, den Fusionsenergie angeblich noch benötigen wird, um Teil eines Strommixes werden zu können.
Fusionsreaktor, Energetika
Fusionsreaktor, Energetika

Die Europäische Union hat eine eigene Unterorganisation zur Koordinierung der Erforschung von Fusionskraft, die EFDA (European Fusion Development Agreement, Europäisches Abkommen zur Entwicklung von Fusion). Geldgeber und Initiator von Großprojekten ist die Europäische Atomgemeinschaft EURATOM.

Gleichberechtigte Partner im Bau und Betrieb von ITER sind neben EURATOM noch Japan, Russland, Südkorea, die Vereinigten Staaten und die Volksrepublik China.

Frankreichs damaliger Präsident Jacques Chirac sagte zum Start des Forschungsreaktor ITER 1999, es sei „das größte Forschungsprojekt seit der internationalen Raumstation“. Der ITER wird als internationales Projekt im südfranzösischen Cadarache gebaut.

Für viele Kritiker übertragen sich die Akzeptanz- und Imageprobleme der Kernspaltungskraft auch auf die Technologie der Fusionsenergie. Beides wird von Kritikern deshalb unterschiedslos „Atomkraft“ genannt und damit negativ besetzt.

Fusionskraft hat Eingang in die Populärkultur gefunden, vor allem in Raumfahrtliteratur, Science-Fiction oder Simulationsspiele. Im Spieleklassiker „Civilisation“ ist „Fusionsenergie“ eine der fortschrittlichsten bekannten Technologien, die ein Spieler erforschen kann.
Fusionsreaktoren vernetzt gedacht

Fusionsenergie wird auch „die unendliche Energie“, „die Energie des Universums“ oder die „wahre Sonnenenergie“ genannt. Tatsächlich bezieht die Sonne ihre Energie aus permanenten Fusionsprozessen in ihrem Innern. Die Bedingungen der Sonne, vor allem der extrem hohe Druck, sind auf der Erde nicht zu erreichen. Daher müssen Fusionsreaktoren buchstäblich heißer als die Sonne werden – das Plasma im Inneren des Reaktors wird, etwa durch Mikrowellen, auf 100 Millionen Grad Celsius erhitzt. Die Sonne hat im Inneren eine Temperatur von 15 Millionen Grad Celsius, auf der Oberfläche sind es etwa 5500 Grad Celsius.

1 Gramm Wasserstoff liefert durch Fusionskraft so viel Energie wie die Verbrennung von 11 Tonnen Steinkohle oder 10.000 Liter Heizöl.

Alle bisherige Lösungen des Energieproblems sind nicht ohne Risiken und Nebenwirkungen. Nebenwirkungsärmere erneuerbare Energien werden unter Umständen nicht ausreichen, den Energiebedarf des Jahres 2100 zu decken. Es gibt nur wenige heute bereits absehbare und in den Bereich des technisch Machbaren gerückte Lösungswege. Kernfusion könnte einer davon sein. Trotz der hohen Kosten fragen Befürworter, ob wir uns das Nichtbeschreiten dieses Weges leisten können.

Kritiker bemängeln dagegen Fusionsforschung als „Brücke ins Nichts“ – dem erheblichen finanziellen und zeitlichen Aufwand steht ein ungewisser Ertrag gegenüber. Mehr noch konkurrieren die Investitionen in Fusion mit Investitionen in den Ausbau erneuerbarer Energien, die dringliche Probleme wie Klimawandel mit sofortiger Wirkung eindämmen helfen.
Verknüpfung zum Spiel

Fusionskraftwerke können nicht wie andere Kraftwerkstypen direkt in Energetika gebaut werden. Da mittel- bis langfristig nur Forschungsreaktoren gebaut werden, ist ihr Bau ein – ziemlich aufwändiges – Forschungsprojekt, durchgeführt von mehreren Staaten. Energetika kann sich anschließen mit einem eigenen Beitrag. Kosten und Dauer der Erforschung eines Fusionsreaktors sind hoch. Bei erfolgreicher Erforschung kann der Reaktor DEMO in Energetika gebaut werden. Das bringt einen Anteil am von DEMO produzierten Strom, der durch ein weiteres Forschungsprojekt zur Verbesserung des Reaktors deutlich gesteigert werden kann. Außerdem gibt es Punkte für den hohen Innovationsgrad erforschter Fusionstechnologie.
Weiterführende Links

Homepage des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, IPP. Ausführliche Informationen zur Fusionsforschung:
http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/index.html

Forschungsbericht des IPP:
http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/publi...df/berichte.pdf

Homepage des ITER, englisch:
http://www.iter.org/proj/Pages/ITERAndBeyond.aspx

Homepage des European Fusion Development Agreements, EFDA (englisch):
http://www.efda.org/index.htm

Artikel zur Fusionsforschung mit weiteren Unterartikeln zur Kernfusion, zu einem Fusionsreaktor und zu Plasma im Informationsportal „Welt der Physik“:
http://www.weltderphysik.de/de/1658.php

Kritischer Artikel zu den wesentlichen Aspekten der Fusionsenergie.
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/...aid_346816.html

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#15

RE: Suche Input über Kernfusion

in Plauderecke 08.11.2011 18:21
von Freedom • 4.914 Beiträge

http://www.zeit.de/2011/31/Fusionsenergie/seite-1

Fusionsforschung Die Faszination ist verschwunden

Nach dem Erdbeben in Japan steht auch die Kernfusion vor neuen Problemen.

Energiewende jetzt: Die Kernschmelze in Fukushima hat hierzulande den Ausstieg aus der Atomkraft angeschoben. Doch wie wirkt sich die ferne Katastrophe auf die andere Kernenergie aus, die aus der Fusion von Atomkernen gewonnen wird? Gibt sie der alternativen Atomkraft einen neuen Impuls, oder bremst sie das Weltprojekt Kernfusion aus?

Ein Fusionsreaktor funktioniert gewissermaßen umgekehrt wie ein herkömmliches Atomkraftwerk. Statt schwere, große Atomkerne zu spalten, soll er leichte, kleine Kerne verschmelzen und auf diese Weise Energie gewinnen. So geschieht es auch in der Sonne. Der Vorteil: Die Reaktion kann nicht außer Kontrolle geraten wie die Kernspaltung. Der Nachteil: Sie ist weitaus schwieriger in Gang zu setzen. Deshalb kostet die Fusionsforschung viel Zeit und Geld. 30 bis 50 Jahre dauere es, bis die Technik Strom liefern werde, heißt es seit Jahrzehnten – Zyniker sprechen von der »Fusionskonstante«.

Im vergangenen Jahr stellte sich dann heraus, dass der internationale Versuchsreaktor Iter, der seit 2010 in Cadarache in Südfrankreich gebaut wird, dreimal so viel kosten wird wie ursprünglich angenommen: 15 Milliarden Euro. Und noch immer streiten der Ministerrat der EU und das Europäische Parlament darüber, wie ein Finanzloch von 1,4 Milliarden Euro in den kommenden beiden Jahren gestopft werden soll. Läuft alles glatt, könnte Iter 2027 in Betrieb genommen werden.

Das Erdbeben in Japan und die Havarie in Fukushima belasten die Fusion nun gleich doppelt. Japan, das an Iter beteiligt ist, wird seine Bauteile nicht pünktlich liefern können; unter anderem weil eine Testanlage im Fusionsinstitut in Naka beschädigt wurde. Die japanische Regierung rechnet mit einer Verzögerung von einem Jahr. Darüber hinaus droht Fukushima jede Technik, in der das Wort »Kern« auftaucht, zu diskreditieren. In der öffentlichen Wahrnehmung könnten Kernspaltung und -fusion zu unheilvollem Klang verschmelzen. Schon haben die Grünen im Bundestag ein Moratorium für die Fusion gefordert. Es stellt sich die Frage, ob sich aus dem Protest der Politprofis ein generelles Akzeptanzproblem entwickelt.


Noch wissen die meisten Menschen kaum etwas über die Fusion. »70 bis 80 Prozent können sich darunter überhaupt nichts vorstellen«, sagt Ortwin Renn, Techniksoziologe an der Universität Stuttgart und Mitglied im »Freundeskreis der Fusion«, einem Klub von Befürwortern aus Industrie und Forschung. Selbst diejenigen, die angäben, schon einmal etwas von der Kernfusion gehört zu haben, seien oft wenig informiert, sagt der Risikoforscher. »Das ist wie bei einem neuen Waschmittel. Da behaupten in Umfragen auch immer 20 Prozent, es schon zu kennen, obwohl es noch gar nicht existiert.«

Das Max-Planck-Institut (MPI) für Plasmaphysik will jetzt erkunden, was das Volk von der Fusion hält. Es hat Dialogik, eine gemeinnützige Gesellschaft für Kommunikationsforschung, mit einer Studie beauftragt. »Schon vor Fukushima«, betont die MPI-Sprecherin Isabella Milch. Dialogik befragt keine repräsentative Auswahl an Bürgern, sondern verschiedene Fokusgruppen, die jeweils zuvor die wichtigsten Informationen über die Technik erhalten: Lehrer, Technikstudenten, Wissenschaftsjournalisten, Mütter. Die Ergebnisse sollen in einigen Wochen vorliegen.

Die Faszination ist verschwunden
Seite 2/2:
"Wir können da nicht einfach aussteigen"

Schon im Jahr 1999 hatte Renn, heute Direktor von Dialogik, einmal Menschen zur Fusion befragt, ebenfalls im Auftrag des MPI. Zwei Gedankenkonstrukte hatte er damals ausgemacht, er nennt sie »Sonne« und »Wasserstoffbombe«. »Wer die Technik vor allem mit der Sonne assoziierte, befürwortete sie meist«, erklärt der Risikoforscher. »Die Fusion wurde dann als etwas Natürliches wahrgenommen.« Und natürliche Risiken gehen Menschen lieber ein als künstliche. Wer dagegen an die explosive Verschmelzung von Atomen in der Wasserstoffbombe dachte, hielt die Fusion irrigerweise für noch gefährlicher als die Kernspaltung. »Wahrscheinlich werden wir diesmal zwei ähnliche Muster finden«, sagt Renn. Die ersten aktuellen Interviews zeigten, dass den Befragten durchaus bewusst sei, dass die Fusion ein wesentlich geringeres Unfallrisiko habe als die Kernspaltung.

Das Problem sähen sie vor allem darin, dass auch bei dieser Technik radioaktives Material anfällt. Es strahlt zwar weniger lange als abgebrannte Brennstäbe, muss aber zumindest zwischengelagert werden. »Das ist für viele ein K.-o.-Argument«, sagt Renn. Und eine dritte Gruppe, die bei der Studie vor zwölf Jahren aufgefallen war, tauche gar nicht mehr auf: »Damals fanden viele es einfach toll, was die Ingenieure so können. Diese Technikfaszination ist völlig verschwunden.«

Ist das nun die Wende in der Energieforschungspolitik, womöglich gar eine Lehre aus Stuttgart 21 – erst das Volk fragen, dann forschen; erst die Bürger beteiligen, dann bauen? Nein, selbst wenn sich die Befragten in Deutschland deutlich gegen die Fusion aussprächen – am Fahrplan für das Weltprojekt Iter würde das nichts ändern. »Wir können da nicht einfach aussteigen. Uns binden Verträge, das würde sehr, sehr teuer«, sagt Sibylle Günter, die Direktorin des MPI für Plasmaphysik. Es gehe vielmehr um eine »lose Orientierung«, betont die Pressesprecherin Isabella Milch. Das Umfrageergebnis wird also nicht die Forschung, sondern am ehesten noch die Kommunikation darüber beeinflussen.


»Die Akzeptanz wird nicht so brillant sein«, vermutet Günther Hasinger, der ehemalige Direktor des MPI für Plasmaphysik. Er hatte die Studie noch in Auftrag gegeben. Ernsthafte Probleme erwartet er aber erst später: »Das kommt frühestens dann, wenn ein Fusionskraftwerk gebaut werden soll.« Der Techniksoziologe Renn sieht das ähnlich, eine mögliche Anwendung liege einfach noch zu weit in der Zukunft. Selbst die enormen Kosten für die Erforschung der Fusion seien kein Reizthema: »Vor 20 Jahren hat sich auch noch niemand darüber ereifert, wie teuer Stuttgart 21 wird.«

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