Welchen Brennstoff benötigt ein Fusionsreaktor?
Gefragt von: Herr Prof. Pietro Rausch B.A. | Letzte Aktualisierung: 23. September 2022sternezahl: 4.5/5 (37 sternebewertungen)
Ein DT-Fusionsreaktor muss neben der Gewinnung und technischen Nutzbarmachung der Energie auch, ähnlich einem Brutreaktor, den Brennstoff
Was braucht ein Fusionsreaktor?
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“.
Welche Stoffe braucht man für Kernfusion?
Aussichtsreiche Kandidaten für Ausgangsstoffe der Kernfusion sind Deuterium und Tritium. Ein künftiges Fusionskraftwerk bräuchte von beiden Stoffen wohl rund 250 Kilogramm pro Jahr. Deuterium selbst ist nicht radioaktiv und kommt als schwerer Wasserstoff in quasi unbegrenzter Menge in den Erdozeanen vor.
Was verbraucht ein Fusionsreaktor?
Reaktoren, die supraleitende Magnetspulen verwenden, benötigen viel weniger Strom, man rechnet mit etwa 200 bis 300 MW elektrischer Leistung. Dagegen werden zukünftige Reaktoren ein bis zwei GW (1.000 bis 2.000 MW) Strom erzeugen.
Warum Deuterium und Tritium?
Während sich Deuterium relativ einfach aus Wasser anreichern lässt, sieht es beim Tritium jedoch anders aus. In der Natur sind nur winzigste Mengen Tritium vorhanden, weil dieses Wasserstoff-Isotop radioaktiv ist und mit einer Halbwertzeit von gut zwölf Jahren zerfällt.
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Warum ist Kernfusion so schwierig?
Die starke elektrische Abstoßung zwischen Atomkernen macht die technische Herbeiführung der Kernfusion sehr schwierig.
Was ist das Problem bei der Kernfusion?
Dabei tüfteln Forschende bereits seit den 1950ern mit der Kernfusion. Die größte Herausforderung: Es gelingt noch nicht, mehr Energie zu produzieren, als zum Heizen in den Fusionsreaktor hineingesteckt wird. Zudem sind Planung und Aufbau von Forschungsanlagen aufwendig – und damit auch teuer.
Ist Kernfusion Atomkraft?
Der Unterschied ist folgender: Ein Atomkraftwerk gewinnt seine Energie, indem es schwere Urankerne spaltet. Ein Fusionsreaktor hingegen soll leichten Wasserstoff zu Helium verschmelzen. Und das hätte gegenüber der Uranspaltung mehrere Vorteile.
Welches Material hält 150 Millionen Grad aus?
Ein magnetischer Käfig. Fusionswissenschaftler haben Methoden entwickelt, mit denen Plasma auf Temperaturen von 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden kann. Es gibt jedoch kein Material, das solch unvorstellbar heißen Temperaturen standhält und somit als Plasmagefäß dienen könnte.
Wie erzeugt Kernfusion Strom?
Bei der Kernfusion passiert das Gleiche wie in der Sonne: Atomkerne verschmelzen und geben dadurch Energie frei. Im Iter sollen Wasserstoff-Atomkerne zu Helium verschmelzen. Die dabei entstehende Energie soll zur Stromerzeugung genutzt werden. Die Kernfusion gelingt erst bei 150 Millionen Grad Celsius.
Was hält 100 Millionen Grad aus?
Das 1000 Kubikmeter umfassende, 100 Millionen Grad heiße Plasma eines künftigen Fusionskraftwerks enthält daher nur 200 Megajoule Wärmeenergie – das entspricht dem Brennwert von rund 100 Tafeln Schokolade.
Ist Kernfusion Chemie?
Kernfusion bezeichnet eine Kernreaktion, bei der zwei Atomkerne zu einem neuen Kern „verschmelzen“.
Was verschmilzt bei der Kernfusion?
Der riesige Plasmaball besteht überwiegend aus Wasserstoff. In seinem heißen Inneren brennt ein beständiges Fusionsfeuer. Hier verschmelzen die Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Die bei dieser Kernfusion erzeugten gewaltigen Energien erwärmen und beleuchten auch die Erde.
Warum schmilzt ein Fusionsreaktor nicht?
Ein Schmelzen des Reaktors ist trotz dieser Hitze unmöglich, weil sich im Reaktor nur Milligrammmengen an Plasma befinden. Auch eine Kettenreaktion wie in einem Kernkraftwerk oder einer Atombombe ist unmöglich, weil die Reaktion sich nicht verselbstständigen kann.
Wie stellt man Tritium her?
Künstlich wird Tritium in Kernreaktoren hergestellt. Dies geschieht durch: Beschuss eines 6Li-Targets mit Neutronen im Reaktorkern. Extraktion aus dem Kühlwasser von Schwerwasserreaktoren, bei dem es als „Abfallprodukt“ anfällt.
Woher kommt Tritium?
Das Tritium entsteht bei 7 % der ternären Zerfälle, also wenn das Ausgangsnuklid in drei anstatt zwei Bruchstücke gespalten wird. In der Regel verbleibt dieses Tritium zusammen mit den anderen Spaltprodukten in den Brennelementen.
Ist die kalte Fusion möglich?
Das Wissenschaftsjournal Nature veröffentlichte Ende Mai 2019 einen Bericht einer von Google zusammengestellten und finanzierten Forschergruppe. Die Forscher konnten keine Anhaltspunkte für kalte Fusion finden.
Wie viel Druck für Kernfusion?
Der liegt bei 250 Milliarden bar.
Wie heiß ist ein Plasma?
In der Natur können Plasmen bis zu 106eV erreichen (1eV ~ 11600K) [1], in industriellen Anwendungen liegen die Höchsttemperaturen bei 1eV [2].
Hat Kernfusion Zukunft?
Der größte Kernfusions-Reaktor der Welt, ITER, wird derzeit in Frankreich auf Touren gebracht. Bis 2025 soll er fertig sein, und das erste Mal 2050 nutzbare Energie erzeugen. Unten erfährst du, wie er funktioniert und warum Wissenschaftler auf diese neue Methode setzen.
Was würde passieren wenn ein Fusionsreaktor explodiert?
Ein Vorteil gegenüber Atomkraftwerken: Fusionsreaktoren können nicht explodieren. Eine Katastrophe wie es in Tschernobyl kann nicht passieren. Dass der Wendelstein 7-X nach 19 Jahren Entwicklungszeit nicht laufen könnte, befürchtet Klinger nicht.
Wie sauber ist Kernfusion?
Im Gegensatz zu den radioaktiven Abfällen aus der Kernspaltung hat Tritium eine kurze Halbwertszeit (12,3 Jahre), nach der es wieder für die Stromerzeugung verwendet werden kann. Die Kernfusion gilt außerdem als inhärent sicher, und es besteht keine Gefahr einer Kernschmelze.
Ist Fusion radioaktiv?
Entsteht bei der Fusion radioaktiver Abfall? Ein Fusionskraftwerk erzeugt radioaktiven Abfall, weil die energiereichen Neutronen, die bei der Fusion entstehen, die Wände des Plasmagefäßes aktivieren.
Welche Nachteile hat Kernfusion?
Nachteile der Kernfusion
Der Grund dafür: Bei der Reaktion entstehen Neutronen in der Hülle des Reaktors, die diverse Reaktionen auslösen können. Bei diesen können radioaktive Atomkerne entstehen. Sie sollen allerdings wesentlich kürzere Halbwertszeiten haben als typische Produkte der Kernspaltung.
Wie viele Haushalte kann ein Fusionsreaktor versorgen?
Wenn der Fusionsreaktor ITER erstmal fertig ist, wird er zwar nur 200.000 Haushalte beliefern können – aber es ist ja auch nur ein erster großer Schritt (kleine hat es bereits gegeben). Und zwar der erste große Schritt, die Sonne auf der Erde nachzubauen.
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