Kernfusion - Die Kraft der Sonne auf Erden

Einleitung

• Saubere und sichere Energie für alle Menschen.
• Kernfusion als Gipfel der menschlichen Ingenieurskunst.
• Diskussion über den Nutzen und die Herausforderungen der Kernfusion.

Aktuelle Lage

• Nach 30 Jahren Forschung ist die kommerzielle Nutzung der Kernfusion noch 30 Jahre entfernt.
• ITER: großer Fusionsreaktor in Südfrankreich, seit 10 Jahren im Bau, Fertigstellung in 15 Jahren geplant.
• Fragen, ob die Fusion eine echte Lösung oder nur eine Illusion ist.

Grundlagen der Kernfusion

• Bedeutung der Atomkerne:
  • Winzigkeit der Atomkerne und ihre enorme Energie.
  • Beispiel: Wasserstoffatomkern als positive Ladung (Proton).
  • Rutherford entdeckte die Konzentration von Energie im Atomkern.

Starke Kernkraft

• Starke Wechselwirkungen halten Atomkerne zusammen.
• Energie ist notwendig, um Arbeit zu leisten und Kerne zusammenzuhalten.
• Unterschied zwischen Kernspaltung (große Kerne wie Uran) und Kernfusion (kleine Kerne wie Wasserstoff).

Bindungsenergie-Diagramm

• Bindungsenergie pro Nukleon zeigt, dass Energie beim Bau von Atomkernen bis Eisen-56 freigesetzt wird.
• Bei großen Atomkernen braucht es Energiezufuhr.
• Kernfusion von Wasserstoff zu Helium als vielversprechender Weg.

Fusionsmechanismen

• Fusionsreaktionen: Wasserstoff (Proton) und seine Isotope (Deuterium, Tritium) verschmelzen zu Helium.
• Sterne als natürliche Fusionsreaktoren: hohe Temperaturen und Gravitation ermöglichen Fusion.

Probleme der Kernsynthese auf der Erde

• Hohe Temperaturen nötig, um Fusion zu ermöglichen (Überwindung der elektromagnetischen Abstoßung).
• Plasma: ionisiertes Gas, das mit Magnetfeldern gehalten werden muss.

Tokamak und Stellarator

• Tokamak:
  • Konzept zur Einsperrung von Plasma mit Magnetfeldern.
  • Probleme mit Stabilität und Pulsbetrieb.
• Stellarator:
  • Externe Magnetfelder zur Stabilisierung des Plasmas.
  • Beispiel: Wendelstein 7X in Deutschland.

Herausforderungen und Zukunft der Fusionsforschung

• Komplexität der Fusionsreaktionen und des Plasmas.
• Grundlagenforschung und technologische Entwicklung benötigen Zeit.
• Kernfusion als zukünftige Energiequelle mit großen Potenzialen.

Schlussfolgerung

• ITER als Symbol für den Weg zur Energiegewinnung durch Kernfusion.
• Notwendigkeit, Forschung zu unterstützen und mögliche Energieressourcen zu erforschen.