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THEMA: [Kernfusion] Guide

[Kernfusion] Guide 5 Jahre 2 Tage her #3024

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Hallo Zusammen, ich habe irgendwann gesagt, dass ich zu Kernfusion vielleicht einen Beitrag schreiben werde. Das hier ist nun der erste Teil, an den folgenden arbeite ich noch^^ Mein Beitrag zielt auf die Breite Masse ab, in leicht verständlichem Text. Physiker/Wissende werden sich hier langweilen.

In Teil2 werde ich die wichtigsten Grundlagen/Voraussetzungen einer Kernfusion beschreiben, alles wiederum auf oberflächichem Niveau. Wer das aber liest und verstanden hat, hat mehr Wissen auf diesem Bereich als vielleicht 90% der Weltbevölkerung :silly:

In Teil3 wird auf Kernfusionsprojekte eingegangen. Insbesondere sehr interessante kleinere Fusionsreaktoren bzw. vielversprechende alternativprojekte zum Tokamak.

TEIL1: EINLEITUNG
Kernfusion auf der Erde ist möglich: Die 57 Megatonnen „Zar-Bomb“ ist die grösste jemals gezündete Wasserstoffbombe. Als Zünder wurde eine Atombombe verwendet. Bei der Kettenreaktion setzt die Kernspaltung hohe Mengen an Energie frei. Im Kern entstehst ein enormer Druck und eine Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius. Genug hoch um das Wasserstoffisotop "Tritium" zu fusionieren, was die Sprengkraft nochmals steigert. Der grelle Blitz zu Beginn der Detonation ist charakteristisch einer Kernfusion.


Nun mag sich einer Fragen ob die weitere Erforschung der Kernfusion nicht unseren Untergang besiegen würde? Ich sage Nein, denn die „Kernfusionsbombe“ ist bereits erfunden und liesse sich bereits heute nach oben skalieren.

Es ist jedoch endlich an der Zeit, diese geballte Energie für zivile Zwecke nutzbar zu machen. Wer die kontrollierte Fusion beherrscht, muss sich kaum mehr Energiesorgen machen und Treibhausgasprobleme wären gelöst.

Eine Kernfusion auf der Erde kann nur aufrecht erhalten werden, wenn genügend externe Energie zugeführt wird. Ein Reaktor lässt sich immer und jederzeit vollständig abschalten. Das ist ein fundamentaler Unterschied zur Kernspaltung. Brennelemente müssen in einem AKW auch gekühlt werden, wenn das Kraftwerk „heruntergefahren“ wurde.

Kann aus irgend einem Grund die externe Energiezufuhr nicht unterbrochen werden, stoppt eine Kernfusion spätestens dann, wenn das heisse Fusionsplasma die Reaktorwand berührt. Es kühlt sich ab und es passiert nichts. Fusionskraftwerke sind diesbezüglich absolut sicher, rein physikalisch ist ein Gau ausgeschlossen.

Entsteht radioaktiver Abfall?
Aus Uranhaltigen Steinen wird das Uran chemisch gelöst. Für die Herstellung von Brennelementen werden hunderte Tonnen an uranhaltigen Steinen benötigt.

Bei Kernfusion ist es anders: Als Brennmaterial werden fast unerschöpfliche leichte Elemente; wie Wasserstoff, Deuterium, Tritium verwendet. Während der Kernfusion selbst tritt Strahlung auf, aber wird der Reaktor abgeschaltet bleibt kaum strahlendes Brennmaterial zurück.

Das innere einer Anlage wird mit der Zeit radioaktiv. Die Halbwertszeiten sind jedoch viel geringer, so dass eine Endlagerung nicht notwendig wird.

Die leichteste sichtbare Materie ist Wasserstoff [H], bestehend aus nur einem Proton und einem Elektron. Aus der homogenen Verteilung des Wasserstoffs im Universum, begannen sich mit der Zeit Ansammlungen/Verdichtungen von Wasserstoff zu bilden, infolge der immer wirkenden Schwerkraft. Eine Gaswolke die sich immer weiter verdichtet, bis Druck und Temperatur so hoch wurden, dass Wasserstoff fusionieren kann und das Produkt ist Helium.

Wir sind bei unserer Sonne angelangt, die bereits grob vier Milliarden Jahre besteht und vermutlich noch weitere vier Milliarden Jahre Wasserstoff in Helium Fusionieren wird. Ist ihr Wasseroff aufgebraucht, wird sie Helium zum nächst schweren Element Fusionieren usw. spätestens bei Eisen stoppt der Fusionsprozess.

Elemente die schwerer sind als Eisen, werden nicht durch eine "selbst erhaltende" Sternenfusion erbrütet, hierzu bedarf es die Zuführung externer Energie. Aus diesem Grund kommen Edelmetalle auf der Erde, wie auch im Universum, in geringen Mengen vor.

Wie aber entstehen schwerere Elemente als Eisen? Durch externe Energie! Ist die Fusion auf der Sonne zu Ende, gibt es keine Kraft mehr welche von innen nach aussen drückt. Die Gravitation gewinnt; die Materie wird auf den Sonnenkern fallen, die Sonnne wird komprimiert und eine schwere tote kleinere Sternenleiche bleibt übrig.

Beim Aufprall auf den Sonnenkern wird enorme Energie frei, so dass die Temperatur und Druck hoch genug sein könnten, dass schwerere Elemente als Eisen durch Fusion entstehen.

Uran ist ein Element der Geschichte, diese übergrossen schweren Atomkerne entstanden durch einwirken von grossen Mengen externer Energie.

Kernfusion treibt alle Sterne im Universum an und es nicht die Kernspaltung. Kernfusion ist der heilige Gral der Energiegewinnung und das motiviert uns :)

********
Teil2 folgt!
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[Kernfusion] Guide 5 Jahre 2 Tage her #3028

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TEIL2: GRUNDLAGEN

Ich habe es versprochen..aber leider wenig Zeit und mir ist ehrlich gesagt die Lust am Vielschreiben vergangen. Ich mache eine gekürzte Version, die aber hoffentlich auch interessant ist. Den Text hier habe ich schnell getippt, es wird wohl einige Fehler enthalten. Wie dem auch sei, viel Spass beim Lesen!

1 .0 Das „Atom-Modell“

1.1 Das „Atom“
Wie in jeder Grundschule es uns vermittelt wurde, besteht in der klassischen Physik der Kern eines Atoms aus mindestens einem positiv geladenen "Proton" und ggf. aus einem oder mehreren neutralen "Neutron". Der Atomkern macht über 99% der Masse eines Atoms aus. Ein Atom hat im Normalfall ein oder mehrere Elektronen welche sich in Kreisbahnen um den Atomkern bewegen.
1.gif


1.2 Was sind „Elemente“?
Der Baustein aller Materie. Flüchtige Elemente sind Gase wie Wasserstoff, Helium, Sauerstoff usw. Feste Elemente ist alles andere wie Eisen, Nickel, Kupfer, Quecksilber, Blei usw. bis hin zu den schwersten Elementen wie Uran.

Die Anzahl an Protonen definieren Elemente. Umso mehr es sind desto schwerer ist das Element. Im Periodensystem haben wir alle Elemente anhand der Anzahl von Protonen dargestellt. Z.B. Element Nr. 24 ist Chrom mit der Kurzbezeichnung "Cr" Das Atom enthält 24 Protonen. Wasserstoff ist das leichteste Element mit der Ordnungszahl 1, es enthält nur ein Proton.
2.png


1.3 Was sind „Moleküle“?
Moleküle ist ein Zusammenschluss aus mehreren Atomen. Ein Atom alleine ist fast nichts und kommt selten alleine vor. Hält man ein Gramm Gold in der Hand, besteht das Gold aus Milliarden Goldatomen, die ihrerseits untereinander verbunden sind, sonst würde das Material nicht zusammen halten.

Wie sieht die Verbindung zwischen Atomen aus, was hält Moleküle zusammen?

Die Hauptrolle spielen dabei die Elektronen. Atome versuchen immer einen homogenen Zustand zu erreichen, das tun sie indem sie Elektronen einfangen oder Abgeben. Hat ein Atom zu wenige Elektronen, also einen Mangel, versucht es welche zu kriegen.

Verbinden sich zwei oder mehrere Atome an der Elektronenhülle, wird von einem Molekül gesprochen. Molekül ist ein anderes Wort für Teilchen.

Die Verbindung von Atomen nennt man chemische Bindung. Das hat noch nichts mit Kernspaltung oder Fusion zu tun. Die Atomkerne bleiben wie sie sind, es versammeln sich nur gleiche oder verschiedene Atome, die durch eine schwache Kraft verbunden sind und ein Molekül bilden oder Molekülketten. Welche Atome mit welchen anderen Atomen zusammen kommen und welche sich wie und wann trennen, ist der Grundstein der Chemie.

Bauen wir uns einfach ein Molekül gedanklich:
Nehmen wir an, wir haben 2 Wasserstoffatome und 1 Sauerstoffatom. Können wir die Teilchen chemisch, also an den Elektronenhüllen miteinander verbinden was haben wir dann? Genau Sauerstoff! Die chemische Formel lautet H2+O--> das wird ohne + geschrieben --> "H2O"
3.jpg


Kunstoffe z.B. sind grosse Moleküle, bestehend aus vielen verschiedenen Atomen die sich zu einem Molekül vereint haben.

Beispiel
Betrachten wir PVC Kunstoff, was ist das? PVC steht für "Polyvinylchlorid" Das ist ein Kunstname und stammt nicht aus der Physik. Aus was besteht PVC? Die chemische Bezeichnung von PVC lautet: CH2CHCl

Das ist der Name des Moleküls, damit lässt sich arbeiten. Was bedeutet dieser Term? Nehmen wir es auseinander!
CH2CHCl --> C und H2 und C und H und Cl

All diese Elemente sind im Periodensystem zu finden:
C= Kohlenstoff
H2= Wasserstoff (2 Atome)
H= Wasserstoff (1 Atom)
Cl= Chlor

1.4 Was sind „Ionen“?
Hört sich kompliziert an, aber ist es nicht und lässt sich einfach erklären. Ich zitiere die ersten Sätze aus Wikipedia:
Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Atome oder Moleküle haben im neutralen Zustand genau so viele Elektronen wie Protonen. Elektrische Ladung und damit das Ion, entsteht, wenn ein Atom oder Molekül ein oder mehrere Elektronen weniger oder mehr als im Neutralzustand hat. Ionen sind bei Elektronenmangel positiv und bei Elektronenüberschuss negativ geladen.“

Zusammenfassend: Ionen sind Atome die NICHT gleich viele Protonen wie Elektronen haben und sind dementsprechend immer elektrisch geladen!

1.5 Was ist „Plasma“?
Ionen und losgelöste freie Elektronen. Wikipedia:
„Ein Gas, dessen Bestandteile teilweise oder vollständig in Ionen und Elektronen aufgeteilt sind."

Elektronen und Atomkerne sind voneinander getrennt und wir spezifizieren hier zusätzlich dass es ein Gas ist. Bei einer Kernfusion auf der Erde wird immer Gas verwendet, deswegen bleiben wir bei Plasma(gas), das reicht uns.

Wichtig! Plasma weist folgende Eigenschaften auf:
-Geladen d.h. elektrisch nicht neutral, es leitet elektrischen Strom!
-Es kann selbst Strom erzeugen (wenn die Teilchen in Bewegung sind!)
-Wo Elektrizität ist, entstehen auch immer Magnetfelder!
-Weil es elektrisch nicht neutral ist, lässt es sich durch Magnetfelder beinflussen, z.B. einschliessen!

...und nun einen Schritt weiter; wir wollen wissen was eine Fusion ist bzw. was die Bedingungen sind damit sie zustande kommen kann.


2.0 FUSION-BASICS

Bevor wir zu den Voraussetzungen einer Fusion kommen, eine kurze Erklärung was Fusion ist.

Von Fusion wird dann gesprochen, wenn zwei oder mehrere Teilchen (Atome,Moleküle) aufeinander treffen die Kerne sich miteinander verbinden, so dass ein neues Element daraus entsteht. Unsere Sonne verbrennt Wasserstoff zu Helium, irgendwann ist der Wasserstoff alle und es gibt nur noch Helium, danach verbrennt Helium zum nächst schwereren Element usw.

Diese Vorgänge sind deswegen interessant, weil sie „Exotherm“ sind. Das bedeutet nichts anderes als dass dabei mehr Energie frei wird als investiert werden muss (um den Vorgang am Laufen zu halten) und genau das interessiert uns so brennend :)

Was bleibt am Ende unserer Sonne übrig wenn alles Gas Fusioniert ist? Ein rel. kleiner schwerer Klumpen aus komprimierten EISEN [Fe] Warum Eisen? Da spätestens bei Eisen eine Fusion stoppt, denn alles unterhalb Eisen ist „Endotherm“ also genau das Gegenteil von "Exotherm", hier muss Energie investiert werden damit es weiter zu noch schweren Elementen fusionieren kann! z.B, müsste ein Meteor mit auf der Sonnenleiche einschlagen, damit sich hier schwerere Elemente als Eisen bilden können. Das ist der Grund weshalb Edelmetalle selten (und teuer) sind! ^^

Im folgenden Video möchte ich euch bitten besonders auf die Fusionsbedingungen zu achten, insbesondere das Lawson-Kriterium (Gleichung). Es ist eine einfache Gleichung, aber mit enormer Aussagekraft. Sie definiert ob die Bedingungen einer Fusion gegeben sind oder nicht.

Das video besteht aus fünf Teilen, jeweils unter 10min pro Video.






Hier noch eine interessante ARTE Dokumentation


Wir sind am Ende von Teil2. Ich hoffe es geht aus den Videos hervor wie die Lawsen Bedingungen geschaffen werden können in der Praxis, was magnetischer Einschluss ist, was Trägheitseinschluss ist. Wie das Plasma erhitzt wird bzw. allgemein wie ein Tokamak und eine Laserfusion im Groben funktionieren.

In Teil3 werde ich auf vorangehendes aufbauen. Teil3 wird meiner Meinung nach der Interessanteste, weil es sich abseits des Mainstreams bewegt, "alternative Fusionskonzepte" die nicht in den Medien diskutiert werden, aber es gibt sie, die werden wir uns ansehen!

Stellt euch eine Kernfusion fast ohne Neutronen (Strahlung) vor, die Energie wird direkt in Strom gewandelt (ohne Umweg über Heissdampf und Dampfturbine)...Fusionsgeräte in der Grösse eines kleinen Einfamilienhauses oder einer Garagenbox? Ewige Fiktion oder etwa doch nicht? Wie weit ist die Forschung fortgeschritten? Lasst euch überraschen!
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[Kernfusion] Guide 5 Jahre 2 Tage her #3029

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TEIL 2.1: INTERNATIONALER VERSUCHSREAKTOR "ITER"

Teil3 dauert noch ein bischen. Ich finde es ist aber eine gute Idee etwas genauer auf das Projekt ITER einzugehen und auch mal Kritik zu wort kommen lassen. Nachfolgend eine kurzer Bericht. Ich bin nicht generell gegen ITER, aber es gibt berechtigte Zweifel am Projekt: Technische Probleme, explodierende Kosten bzw. Geld andernorts fehlt und der Zeithorizont der zu weit in der Ferne liegt.

ITER-Brennstoff
Die Sonne Fusioniert reinen Wasserstoff [H], das kleinste Element das wir kennen, es enthält nur ein Proton und ein Elektron.

Beim Versuchsreaktor ITER wird nicht reiner Wasserstoff sondern Wasserstoffisotope „Deuterium“ (ein Neutron) und „Tritium“ (zwei Neutronen) verwendet. Nur ein Gramm Deuterium-Tritium Brennstoff setzt ungefähr 90.000 kWh Energie frei, das entspricht der Verbrennung von elf Tonnen Kohle.

Tritium und Deuterium fusionieren und daraus entsteht Helium-4, Hitze und ein schnelles freies Neutron. Das Neutron bleibt nicht im Einschlussmagnetfeld, denn Neutronen lassen sich magnetisch nicht einschliessen da sie neutral sind.

Dieses Neutron schlägt in die Reaktorwand ein, es entsteht Hitze und diese soll mit Wasser das zu Dampf wird, abtransportiert werden. Den Rest kennen wir, Dampf treibt eine Turbine an, die Turbine einen Stromgenerator.
4.png


Tokamak
Die Blaupause für einen solchen Reaktor lieferten die russischen Forscher Andrei Sacharow und Igor Tamm bereits im Jahr 1951: den Tokamak-Reaktor.

Wie wird der Einschluss des Deuterium-Tritium Gemisch bei Iter realisiert? Iter hat drei starke Magnetfelder. In der Quersache riesige sog. Toroidalfeldspulen, in der Mitte eine Spule und längs um den Torus Vertikalfeldspulen. Letzteres soll dafür sorgen, dass das Plasma nicht nach aussen gedrückt wird, es soll dadurch stabilisiert werden. Die Spulen sind Supraleiter und müssen dementsprechend gekühlt werden.
5.png


Bei der erreichten dichte des Plasmas, werden rund 100 Millionen grad benötigt, damit die Fusion in Gange kommt. Die notwendige Temperatur zu erreichen ist jedoch weitgehend gelöst.

Der Wirkungsgrad, wenn man so will COP, soll bei 1:10 liegen. Faktor 10 bezieht sich jedoch auf die pure Fusionsleistung und nicht auf Heissdampferzeugung inklusive Turbine und Generator-Stromerzeugung. Iter geht nicht ans Netz, eine Stromerzeugung ist nicht vorgesehen.

Kritik an Iter
In wissenschaftlichen Meldungen ist meist nur positives über ITER zu lesen, da dachte ich es sei an der Zeit auch die Probleme aufzuführen.

Bis heute ist es nicht gelungen, das Plasma dauerhaft in einem solchen Magnetkäfig einzufangen. Bislang waren die Magneten stets zu schwach, um das Feuer, das die Sterne leuchten lässt, im Fusionsreaktor permanent brennen zu lassen.

Plasma ist nicht stabil, während der Fusion kann es zu Dichteschwankungen kommen, was den Prozess zum erliegen bringen kann. Ob es mit ITER gelingt beliebig lange eine Fusion am Laufen zu halten wird von einigen Wissenschaftlern bezweifelt.

Tritium ist ein leicht strahlendes Element, für Mensch und Tier giftig. Wird eine Dosis von 1mg oder mehr eingeatmet, kann dies tödlich sein, ein sorgsamer Umgang ist notwendig.

Das grössere Problem aber ist die Herstellung von ausreichend Tritium. Es kann aus dem Kühlwasser von Kernspaltungsreaktoren gewonnen werden, da wir aber von der Kernspaltung weg wollen, fällt diese Option weg.

Lithium kann mit Neutronen beschossen werden, daraus entsteht ebenfalls Tritium. Die Idee ist, dass das Tritium die Kernfusionsreaktoren selbst herstellen, die Neutronen welche während der Fusion entstehen hierfür benutzt werden.

Tritium wird jedoch in Wasserstoffbomben verwendet. Steigt die weltweite Tritium-Produktion, ist dies meiner Meinung auch eine gewisse Gefahr für menschlichen Wahnsinn.

Angenommen die Herausforderungen sind alle gemeistert (was sie derzeit nicht sind), die Fusion kommt nicht zum erliegen, gibt es ein Problem das technisch kaum oder schwer zu lösen sein wird: Jahrelanger Beschuss der Reaktorwand durch Neutronen führt dazu, dass die Reaktorwand (das Metall) beschädigt wird.

..es wird zudem radioaktiv werden, zwar nicht stark radioaktiv und mit einer viel geringeren Halbwertszeit als z.B. Uran, aber irgendwann muss die Anlage „entsorgt“ werden und bei diesem Ausmass kein zu unterschätzender Faktor.

Das grösste Kritik-Argument (meiner Ansicht nach) sind die Kosten und schlechten Prognosen was künftige serienreife Anlagen angeht. ITER soll 500MW Überschuss liefern (sofern alles glatt geht..irgendwann) Das ist zu wenig, ein Kraftwerk dieser grösse müsste Megawatts liefern, da die Material/Baukosten enorm sind.

Was einem zu denken geben sollte ist die "Scaling-Law", dieses Tokamakprinzip lässt sich leider nicht verkleinern. Dank Optimierung und eine etwas bessere Plasmadichte lässt sich die Fusionsrate und damit die Leistung zwar etwas steigern, aber das hat schnell eine Limite. Es liegt am Tokomak Prinzip selbst; riesige Supraleitende Spulen, ein grosser Torus-Durchmesser sind zwingend. für viel mehr Leistung müsste die Anlage noch schwerer und grösser werden als Iter es ist.

Kritik an Iter ist im Netz erstaunlich wenig zu finden. Es gibt Kritik von grünen Parteien, wenn ich mir die Texte durchlese, sind die meisten tendenziös und gegen „Atomkraft“ jeglicher art.

Iter-Kritik kommt jedoch zunehmend von der Wissenschaft selbst, z.B. 2010 Physiknobelpreisträger „Georges Chapak” www.euractiv.de/energie-und-klimaschutz/...-ende-fr-iter-003490

Geplant, aber noch längst nicht beschlossen bzw. die Gelder gesprochen für ITER's Nachfolger "DEMO". Iter wird keinen Strom produzieren, Demo soll der erste Fusionsreaktor sein welcher Strom ins Netz einspeist..sofern er gebaut wird und funktioniert; dem Zeitplan stehe ich kritisch gegenüber de.wikipedia.org/wiki/DEMO
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[Kernfusion] Guide 4 Jahre 10 Monate her #3463

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TEIL 2.2: LASERFUSION (Trägheitseinschluss)

In Kalifornien der Vereinigten Staaten steht eine Laserfusionsanlage der "National Ignition Facility (NIF)" Die Anlage ist beeindruckend


Die Anlage kann Forschern ein paar Daten für das Verständnis einer Kernfusionen liefern, aber das milliardenschwere Projekt trägt leider kaum etwas zu Lösung unseres Energieproblem bei. Diese Anlage dient dem Militär und ist nie und wird auch nie als Energieerzeugungsanlage verwendet werden können.

Es gibt ein paar simple Gründe weshalb eine Laserfusionsanlage niemals ein Kraftwerk sein kann
  • Die Laser müssten mehrfach pro Sekunde "feuern" (gepulst), was technisch nicht geht.
  • Der Brennstoff muss manuell ersetzt werden, eine automatische Treibstoffzuführung ist nicht geplant/realisierbar
Fussballfeldergrosse Laserfusionsanlagen sind technisch interessant, aber ist keine Blaupause für ein künftiges Kraftwerk das Strom produzieren soll, hierführ braucht es ein anderes Konzept.

Letztens wird das mit Steuergeldern finanziert. Involvierte Wissenschaftler sprechen zwar gerne den kommerziellen Nutzen an, obwohl es kaum einen gibt. Investitionen und Arbeitsplätze müssen auf irgend eine Art gerechtfertigt werden:
National Ignition Facility in den USA muss über die Bücher


TEIL 2.3: DIE Z-MACHINE
In Albuquerque, New Mexico/USA steht die sogenannte Z-Maschine

Die Anlage ist insofern interessant, weil sie neue Wege geht. Es werden keine Supraleitende Spulen benötigt, kein riesiger Torus und komplexe Bauten wie bei einem Tokomak

Es sieht auf den ersten Blick kompliziert aus, die Anlage ist jedoch kleiner und weniger aufwendig.

für eine sehr kurze Zeitspanne von unter 100 Nanosekunden wird elektrischer Strom von bis zu 20 Millionen Ampere durch ein Netz von Wolframdrähten geschickt. Die Drähte verdampfen Augenblicklich zu einem Plasmagas, dabei ensteht ein Röntgenblitz und ein starkes Magnetfeld was auf eine kleine mit Deuterium-Tritium befüllte Kapsel trifft, diese komprimiert und erhitzt sich, bis es zu einer Fusion kommt.

Da ich wieder mal zu faul um mehr zu schreiben, siehe deutscher Wikipedia Eintrag:
Wiki: Z-Maschine

DER PINCH-EFFEKT
Hier spielt der Zeta-Pincheffekt die wichtigste Rolle. Was genau ein Pincheffekt ist, möchte ich euch hier nun etwas genauer beschreiben, da wir ihn in Teil3 wieder sehen werden ist das eine der Kernpunkte.

Das beste Beispiel ist die Natur; ein Blitz der aus einer Wolke auf den den Boden schlägt durchquert eine Luftschicht. Infolge des starken elektrischen Feldes, können sich die Luftatome ionisieren d.h. die Atome verlieren einen Teil ihrer Elektronen und werden dadurch zu einem ionisierten Gas bzw. es bildet sich ein Plasma dort wo der Blitz die Luft durchquert.

Was Ionen/Plasma ist, habe ich in Teil-1 beschrieben (wer es nachlesen möchte, siehe Teil-1 Punkt 1.4 und 1.5)

Ein einzelner Blitz kommt selten alleine, da Blitze sich den Weg des geringsten Widerstandes suchen, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass ein zweiter Blitz einen ähnlichen Weg wählt wie der vorangehende..denn der vorherige hat auf seinem Weg zum Boden die Luft um sich herum ionisiert. Ionisiert bedeutet, dass die Leitfähigkeit verbessert wurde.

Angenommen der Blitz schlägt nun in in ein Haus, in ein Kupferrohr ein (welches z.B. Dachwasser abführt). Was geschieht hier? Das Kupferrohr wird durch die gewaltige elektrische Entladung zusammengequetscht. Dieser Quetsch-Effekt kommt deshalb zu Stande, weil die Entladung ein starkes nach innen gerichtetes Magnetfeld erzeugt, was das Rohr zusammendrückt. Dieser Effekt wird als Pincheffekt bezeichnet, genauer Zeta-Pinch.

Ihr seht schon worauf das hinausläuft; Plasma komprimieren ohne Spulen, spart Platz, Material, Gewicht und Geld und lässt sich durch Variation der Entladungsstärke kontrollieren.

Das ist meine Layen-Beschreibung des Pincheffektes. Empfehlenswert ist eine wissenschaftliche Arbeit. wie z.B. eine Masterarbeit in Physik von einem "Reinhart Michael" an der Ruhr Universität in Bochum. Bis Seite vier ist alles was er schreibt einfach und für jeden verständlich der auch nur ein wenig Basisschulphysik mit sich bringt. Ich kann allen empfehlen zumindest diese vier Seiten zu lesen.
Masterarbeit Physik: Entwurf und Realisation eines Pinch-Experiments

Wie auch bei einer Laserfusion hat die Z-Machine den grossen Nachteil, dass sie nicht mehrmals pro Sekunde zünden kann wie es für eine Energiegewinnung notwendig wäre; Kondensatoren hätten das Potenzial, aber verdampfte Wolframdrähte und die DT-Kapsel müssen nach jedem "Schuss" ersetzt werden.
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[Kernfusion] Guide 4 Jahre 10 Monate her #3571

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..und nun die Fortsetzung! Ich habe mich entschieden, das aus meiner Sicht interessanteste Fusionskonzept bis zum Schluss aufzuheben. Das heisst es wird mindestens noch einen Teil geben. Die in Teil 3.1 und 3.2 beschriebene Konzepte sind aber auch sehr interessant. Ich wünsche viel Spass beim Lesen.

TEIL 3.1: DER FUSOR
Was würdet ihr denken, wenn euch einer erzählt, dass er zu Hause einen Kernfusionsreaktor hat der Deuterium in Helium-4 fusioniert? Unmöglich, Spinner? Genau das aber ist möglich, für ein paar tausend Euros können die benötigten Apparaturen gekauft werden.

Fansworth-Hirsch Reaktor oder auch FUSOR bezeichnet, ist ein funktionierendes einfaches Fusionsgerät. Siehe Wiki-Eintrag, leider nur auf Englisch verfügbar, wir werden aber gleich weiter unten mehr darüber erfahren anhand eines praktischen Beispiels. en.wikipedia.org/wiki/Fusor

Der nachfolgende Fusor wird von einer Frau Namens „Illy Sommer“ präsentiert. Mike aus unserem Forum hat dazu folgendes geschrieben:
„Schlag mal bionerd23 aka Illy Sommer nach. Eine (ehemalige?) Studentin aus Berlin. Hobby und Obsession: Radioaktivität. Hat ziemlich profunde Kenntnisse auf diesen Gebieten, insbesondere Messtechnik, und Zugang zu Equipment, den nicht jeder hat. Eine ziemlich beeindruckende Frau.“

Und das ist "Crazy" Illy^^


Zurück zum eigentlichen Thema. Schaut euch das Video an. Ich habe diese Beschreibung zum Video gemacht, weil das Video leider auf Englisch ist.
Deuterium wird in einem sehr starken Vakuum (ca. 10-7 Torr) und mithilfe hoher Spannung (hier bis zu 54k Volt) erhitzt und zu Plasma, indem es die Elektronen verliert. Durch die Elektronen entsteht Strahlung (X-Rays). Durch Hitze, magnetische Felder und den schnellen Teilchenbewegungen in der Vakuumkammer fusionieren einige Deuterium Atome zu Helium-4 (HE-4).

Das entstandene HE4 ist etwas instabil, ein Teil davon bleibt He4 und einige He4 Atome zerfallen in He3 (2Proton+1Neutron) oder in Tritium (1Proton+2Neutron). Entsteht ein He3, wird ein Neutron mit rund 2MeV (Mega Electon Volt) frei, trifft dieses Neutron auf ein Hindernis (Atom), wird Gammastrahlung frei (Y-Ray)

Damit die schnellen 2MeV Neutronen aber besser absorbiert werden können, werden sie verlangsamt, indem sie Wasserstoffatome durchqueren müssen. Die Neutronen verlieren dabei Energie und haben jetzt nur noch 0.025eV. Die langsamen (thermischen) Neutronen treffen auf Silberisotop Atome. Das Silber wird dabei leicht radioaktiv, einige Silberisotop-Atome werden instabil und zerfallen in ein anderes Element; in Cadmium!

Was wir hier also haben ist Fusion von Deuterium in Helium4, Bildung von Tritium und Helium3, Strahlung infolge Elektronen (X-Rays) und Neutronen (Y-Rays) sowie Transmutation von Silber in Cadmium.


Das Problem am FUSOR ist, dass die Fusionsrate viel zu gering ist, das meiste geht in Form von Strahlung verloren. Viel zu gering bedeutet um Faktoren zu gering, 100'000 oder mehr. Es lässt sich mit einem Fusor dieses Prinzips KEINE Netto Energie durch Fusion gewinnen.

Das Konzept aber ist interessant und das hat ein Dr. Robert W.Bussard erkannt und den FUSOR weiterentwickelt.

TEIL 3.2: DER POLYWELL
In der Science Fiction Serie "Star Trek" existieren „Bussard Kollektoren“ sie tragen den Namen tatsächlich von Robert Bussard, weil er u.a. für die Raumfahrt an Ramjets, interstellaren Antrieben Forschte, wurde sein Name verwendet. Bussard ist leider im Jahre 2007 verstorben. Den Wiki-Eintrag: de.wikipedia.org/wiki/Robert_W._Bussard

Für das Militär und Forschungsgeldern der DARPA, hat Bussard auch den sog. Polywell entwickelt, den wir uns nun genauer ansehen werden. Es gibt leider keine neusten Daten zu den Prototypen, da das meiste unter Verschluss gehalten wird.

Die Apparatur besteht aus sechs Ringförmigen Elektromagneten, die zu einem „Würfel“ verbunden sind. Nun werden Elektronen dazugegeben, diese folgen den Magnetfeldlinien. Mit der Zeit sammeln sich in der Mitte Elektronen an. Nun wird Deuterium dazugegebn, auch diese folgen den Magnetlinien und bleiben irgendwann in der Mitte hängen. Was das Video schlecht zeigt, Deuterium-Atome werden in der Mitte von Elektronen eingeschlossen und sie werden mit sehr hoher Geschwindigkeit in die Mitte geschleudert, wobei es bereits bei einem allfälligen Zusammenstoss zwischen zwei Atomen zu einer Fusion kommen kann. Folgendes Video zeigt auf einfach Weise die Funktion eines Polywell


Im Jahr 2006 (kurz vor seinem Tod) hielt Robert Bussard bei Google TechTalks einen Vortrag über den Polywell. Ich glaube ohne Erlaubnis seines Arbeitgebers, aber das war ihm denke ich egal, weil er wusste dass er nicht mehr lange leben wird. Das Video ist hier zu finden



AUSSICHTEN-KRITIK-ANMERKUNGEN
Ich poste hier das was Mike in einem alten Beitrag dazu geschrieben hat und er hat meiner Meinung recht was er schrieb. Bemerkung noch meinerseits, der WB6 hatte einen Durchmesser von nur 30cm. Seither wurde der WB7 und glaube bereits der WB8 gebaut, mit 1000x oder mehr Fusionsraten, immer noch viel zu gering..aber es geht immerhin stetig aufwärts.
Da darf man aber nicht vergessen zu zitieren, was der WB6 wirklich gebracht hat, selbe Wikipedia Seitede.wikipedia.org/wiki/Polywell :
"Das entspricht einer Fusionsleistung von etwa 0,6 Milliwatt; der elektrische Leistungsbedarf der Apparatur beim Versuch dürfte mindestens einige hundert Watt betragen haben"
In dem Zusammenhang relativieren sich dann Erfolgsnachrichten wie z.B. "1000fach gesteigerte Fusionsrate".

Da das ganze vom Militär gesponsort wird, müssen die zumindest die Summen und die Meilensteine offenlegen. Das findest Du hier en.wikipedia.org/wiki/Polywell im Gegensatz zum deutschen Wikipedia-Eintrag aufgelistet. Demnach ist der letzte bekannte Stand, dass es weiter gesponsort wird, dass die Skalierung wohl der Theorie entspricht, und man jetzt mit neuen Problemen zu kämpfen hat (FY 2012 Work).

Zwei zusätzliche Bemerkungen. Das System der Forschungsförderung durch Drittmittel läuft in den USA ganz anders als hier. Reichlich viel, auch zivile Forschung, wird dort aus Töpfen des Militärs bezahlt. Das ist nicht besonders und kein Zeichen dafür, wieviel dran ist. Allgemein wird Forschung um Größenordnungen mehr als hier durch Drittmittel ermöglicht. Deshalb werden oft Aussichten enorm frisiert, um weitere Jahre Forschungsmittel zu bekommen. Ich erinnere an das SDI Raketenabwehrschild - da wurden Unsummen vergeben, auch angesehene Wissenschaftler haben gegen wissenschaftliche Erkenntnisse gesagt: "Funktioniert!" - nur um an die Kohle zu kommen für ihre Forschungen. Die meisten der Projekte aus dem Programm gelten als gescheitert, aber die alten Reports, wo es um neue Gelder ging, lesen sich ganz anders.

Das muss mit Polywell Reaktoren nicht so sein, aber bislang hat sich bewährt, immer ein wenig Trommelfaktor abzuziehen.

Mögliche Chancen (mein Kommentar)
Die Materialkosten sind sehr niedrig, die Abmessungen relativ klein. Bussard sagte 2006, dass eine Berechnung der Teilchenströme und damit eine Optimierung durch Simulationen aufgrund der Komplexität bzw. Rechnerpower nicht zu bewältigen sei. Doch genau hier könnte er sich irren, denn dieses Konzept könnte sich hervorragend eignen für Simulationen. Die Rechenleistungen steigen von Jahr zu Jahr stark an..nur ein kleines Beispiel:

Polywell Links
en.wikipedia.org/wiki/Polywell
www.polywellnuclearfusion.com/PolywellReactor/Magrid.html
newenergyandfuel.com/http:/newenergyandf...n-contracts-extended
Polywell Forum: www.talk-polywell.org/bb/index.php
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[Kernfusion] Guide 4 Jahre 10 Monate her #3578

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Das hier war nicht geplant, ich las die Nachricht eher zufällig. Es ist Brisant!

TEIL 3.3: LOCKHEED MARTIN, BETA FUSION REACTOR
Der US-Rüstungskonzern "Lockheed Martin" ---> www.lockheedmartin.com
Lockheed macht pro Jahr einen Umsatz von rund 50 Milliarden Dollar.

Baut Kampfjets, Schiffe, Panzerfahrzeuge und ist u.a. in der Raumfahrttechnik tätig. Der 1966 entwickelte und 1998 außer Dienst gestellte legendäre Mach-3 Flieger SR-71 Blackbird de.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71 stammt u.a. aus der Ideenschmiede "Advanced Developement Programs (ADP)" von Lockheed. Die Abteilung erhielt später den Übernamen "Skunk Works" de.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Advanced_...opment_Projects_Unit


Am 7 Feb. 2013 verkündete der Projektleiter Charles Chase bei Google dies:

Ein kompaktes 4te Generation-Fusionsgerät ist in der Entwicklung. Damit aber nicht genug, die Daten und der verkündete Zeitplan lassen aufhorchen:
-->2017 ein kompaktes, (z.B. 2x2x4 Meter) 100 Megawatt Deuterium-Tritium Fusionsgerät (Prototyp)
-->ab jetzt in 10 Jahren ein komplett Serienreifes Produkt!

Würde diese Info von irgend einer kleinen/unbekannten Firma stammen, wäre die Meldung nur eine Lachnummer wert...Aber jetzt fragt sich vermutlich die halbe Welt, was genau Lockheed vor bzw. im Ärmel hat..oder es nur ein "politischer" Schachzug ist..aber wer würde es wagen die Glaubwürdigkeit einer solchen Firma aufs Spiel zu setzen?

Dr. Charles Chase sagt: Wir haben einen "brand new way" gefunden für ein Fusionsgerät. Es gib leider nur wenige Informationen, nur was die Presse berichtet hat und das Video von Charles Chase:

Quellen
www.fusenet.eu/node/400
www.solveforx.com/moonshots/solve-for-x-...-energy-for-everyone
ireport.cnn.com/docs/DOC-934454
en.wikipedia.org/wiki/High_beta_fusion_reactor

Es zeichnet sich langsam das ITER Ende ab xD auch wenn das hier nichts wird, bis ITER läuft vergehen noch 20 Jahre, danach soll der Nachfolger "Demo" kommen..viel zu lange..Zeit in denen andere Forscher schneller "intelligentere" kleinere Geräte bauen können.
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