Die Kernfusion: Was ist das? Hat das etwas mit Kernspaltung zu tun? Selbstverständlich und doch ist es gleichzeitig etwas ganz anderes. Kernfusion stellt eine Möglichkeit dar, Strom zu erzeugen und zwar auf einen grünen und ungefährlichen Weg. Gerade jetzt, nur ein Jahr nach der Katastrophe von Fukushima, mitten im deutschen Atomausstieg und der Energiewende, ist das Thema Kernfusion mehr als aktuell. Womöglich könnten wir noch innerhalb der nächsten 50 Jahre erste funktionstüchtige und kommerziell verwendbare Fusions-Kraftwerke errichten. Gefahren? Es ist zwar Nichts ungefährlich, aber im Vergleich zur konventionellen Kernspaltung kann das Gefahrenpotential drastisch gesenkt werden. Auch die Halbwertszeiten der Produkte liegen bei ca. zehn bis zwanzig Jahren, damit könnten die radioaktiven Stoffe nach ca. 100 Jahren wiederverwendet werden, ganz ohne Risiko. Doch noch ist dieser grüne Strom eine Zukunftsvision. Es wurden aber schon mehrere Reaktoren weltweit gebaut und zahlreiche Tests durchgeführt, sogar Plasmazündungen konnten schon verzeichnet werden. ITER ist momentan das größte Bauprojekt zu dieser Forschungs-Sparte und vielleicht, in etwa zwanzig, dreißig Jahren, wird das erste Test-Kernfusions-Kraftwerk gebaut werden, doch Halt! Plasma? Ja, hier beginnt der wirklich interessante Teil dieser Sparte. Wie genau bekommt man Gase auf mehrere Millionen Grad erhitzt und wieso kühlt das entstehende Plasma nicht sofort an den Reaktorwänden aus? Wie kann man das Lawson-Kriterium anwenden und wieso schafft die Sonne es so einfach, Kernfusion zu betreiben? Diese und weitere Fragen habe ich in meiner Seminararbeit eingehend untersucht.
Zu Beginn wird eine kurze Einführung in die Thematik Kernspaltung und Kernfusion gegeben. In den darauffolgenden Teilen werden die theoretischen Bedingungen und Bestandteile der Kernfusion und Plasmaphysik abgesteckt und kurz erläutert. Danach werden die bekanntesten Reaktor-Arten Tokamak und Stellarator genauer untersucht. Wo liegen die Probleme, wie werden sich die Reaktortypen in der Zukunft etablieren?
Im letzten Teil wurden kurz alternative Fusions-Verfahren aufgezählt und die Gefahren der Kernfusion erklärt.
Wer sich für Kernfusion oder Plasmaphysik interessiert, diese Fächer studiert oder einfach nur einen Überblick über dieses Thema sucht, für den ist diese Seminararbeit genau passend. Und am Ende kann sich dann jeder selbst ein Urteil fällen: Ist die Kernfusion nach Fukushima ein Ausweg aus der Energiekrise?
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Kernfusion
2.1 Die Grundlagen
2.2 Die Reaktoren
2.2.1 Der Tokamak
2.2.2 Der Stellarator
2.2.3 Die Technik
3. Der Ausweg aus der Energiekrise
3.1 Alternativen
3.2 Die Probleme
3.3 Gefahren
4. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial der Kernfusion als nachhaltige Energiequelle der Zukunft, insbesondere vor dem Hintergrund des gesellschaftlichen Wandels nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima. Die zentrale Forschungsfrage befasst sich damit, inwieweit die Kernfusion eine reale und sichere Alternative zur bisherigen Kernspaltung und zu regenerativen Energien darstellen kann, wobei sowohl technische Möglichkeiten als auch ökologische sowie sicherheitstechnische Risiken kritisch analysiert werden.
- Physikalische Grundlagen der Kernfusion und Funktionsweise unterschiedlicher Reaktortypen.
- Technische Herausforderungen bei der Plasmaheizung und beim magnetischen Einschluss.
- Vergleich alternativer Energiekonzepte und Bewertung ihrer praktischen Umsetzbarkeit.
- Risikoanalyse im Vergleich zur Kernspaltung und Betrachtung potenzieller militärischer Missbrauchsgefahren.
- Wirtschaftliche und ökologische Nachhaltigkeit der Kernfusionstechnologie.
Auszug aus dem Buch
2.2.1 Der Tokamak
Der Name kommt aus den Russischen und bedeutet so viel wie „toroidale Kammer in Magnetspulen“[23]. 1952 wurde das Prinzip von zwei russischen Physikern entwickelt[24].
Will man ein Deuterium-Tritium-Gemisch (DT-Gemisch) zünden, so muss man es erhitzen. Dabei wird den Elektronen so viel Energie hinzugefügt, dass diese sich aus der Atomhülle lösen und sich frei herum bewegen. Da es von diesem Zeitpunkt an keine Atome sondern nur noch Ionen und Elektronen gibt, nennt man das Gemisch Plasma. Doch selbst wenn man den Plasma-Zustand erreicht hat, so zündet dieses noch nicht automatisch. Zunächst einmal muss es „in der Luft“ festgehalten werden. Hier setzt das Prinzip des Tokamaks an: Da in dem Plasma nur noch geladene Teilchen vorhanden sind, kann man die Lorentz-Kraft mithilfe von Magnetspulen sinnvoll einsetzen[25]. Dabei wird über äußere Magnete ein elektromagnetisches Feld induziert, welches eine Kraft auf die Elektronen bzw. Atomkerne ausübt. Die „torusförmig“ angeordneten Magnetspulen halten die Teilchen auf den Bahnen der Magnetfeldlinien, die toroidal verlaufen. Jedoch würden die äußeren Teilchen mit der Zeit einen nach außen gerichteten Drift bekommen, da die Feldstärke antiproportional zum Radius ist, weshalb man auch ein poloidales Feld erzeugen muss, das diese Teilchen spiralförmig zurück in das Innere des Plasmas zieht[26]. Wegen der Orthogonalität eines elektromagnetischen Feldes muss der Strom also parallel zum Plasma laufen. Der Einfachheit halber wird der Strom direkt durch das Plasma geleitet. Natürlich kann man keine Leitungen in das Plasma führen, es würde das Plasma sofort auskühlen, daher nutzt man den Induktiv-Effekt eines Transformators[27]. Mehrere Leitungen bzw. Spulen werden torusförmig um den Reaktor gelegt. Im Zentrum befindet sich die stärkste Spule. Das Reaktorgehäuse wirkt als Metallkern, das Plasma ist in diesem Sinne die Sekundärspule in die die Spannung induziert wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung schildert die verheerenden Ereignisse im Kernkraftwerk Fukushima und analysiert deren Auswirkungen auf die globale öffentliche Meinung und politische Entscheidungen bezüglich der Atomkraft.
2. Kernfusion: Dieses Kapitel erläutert die physikalischen Grundlagen der Kernfusion, vergleicht verschiedene Reaktortypen wie Tokamak und Stellarator und geht auf die notwendige Technik zur Plasmazündung ein.
3. Der Ausweg aus der Energiekrise: Hier werden alternative Fusionskonzepte diskutiert, die zentralen Herausforderungen der Forschung beleuchtet und eine Risikoanalyse im Vergleich zur Kernspaltung durchgeführt.
4. Fazit: Das Fazit fasst den aktuellen Stand der Fusionsforschung zusammen und bewertet die Kernfusion als potenziell nachhaltigen und sicheren Weg aus der Energiekrise, sofern die langjährigen technischen Hürden überwunden werden können.
Schlüsselwörter
Kernfusion, Kernspaltung, Tokamak, Stellarator, Plasma, Deuterium, Tritium, Lawson-Kriterium, Supraleiter, Energiekrise, Sicherheit, Radioaktivität, Magneteinschluss, ITER, Nachhaltigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das Konzept der Kernfusion als eine mögliche zukünftige Energiequelle und stellt sie der klassischen Kernspaltung sowie anderen Energieformen gegenüber.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf den physikalischen Prozessen der Fusion, den technischen Umsetzungen in verschiedenen Reaktortypen, der Risikoanalyse sowie der wirtschaftlichen Umsetzbarkeit.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Die Arbeit verfolgt das Ziel, zu analysieren, ob die Kernfusion nach den Lehren aus Atomkatastrophen wie Fukushima eine politisch und ökologisch vertretbare Alternative darstellt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine fachliche Analyse auf Basis theoretischer physikalischer Grundlagen, technischer Dokumentationen und bestehender Forschungsprojekte der Kernfusionsforschung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den physikalischen Voraussetzungen, den Unterschieden zwischen Tokamak- und Stellarator-Reaktoren, der Energieerzeugung im Plasma und einer kritischen Auseinandersetzung mit Sicherheitsfragen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Kernfusion, ITER, Tokamak, Stellarator, Deuterium, Tritium, Lawson-Kriterium und das Streben nach einer nachhaltigen Energieversorgung.
Worin liegt der Hauptunterschied zwischen der Kernspaltung und der Kernfusion bezüglich der Entsorgung?
Im Gegensatz zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion keine langlebigen radioaktiven Spaltprodukte; lediglich Bauteile, die in direktem Kontakt mit dem Plasma standen, müssen kurzzeitig gelagert werden.
Warum stellt der Tokamak eine Schwachstelle hinsichtlich des Betriebs dar?
Der Tokamak ist auf einen pulsierenden Betrieb angewiesen, da er den notwendigen Stromfluss durch Induktion nur für begrenzte Zeit aufrechterhalten kann, was einen kontinuierlichen Prozess erschwert.
Welche Rolle spielt das Lawson-Kriterium für die Forschung?
Das Lawson-Kriterium definiert die notwendigen Bedingungen (Teilchendichte, Einschlusszeit, Temperatur) für eine erfolgreiche Fusionsreaktion und verdeutlicht die Hürden, die heutige Versuchsreaktoren noch überwinden müssen.
- Citar trabajo
- Gerrit Altmeppen (Autor), 2012, Die Kernfusion: Nach Fukushima ein Ausweg aus der Energiekrise?, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/206320
