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Ich eröffne hier nun einen Thread für Forschung und Entwicklung auf dem Energiesektor. Brauche Hilfe Anregungen und for allem konstruktive Vorschläge
Der Thread solte sich dem Thema : Fusionsreaktor , Treibhausgaase ,Alternative Energien , Brenstoffzelle und so weiter bewegen und befassen diskutieren erwünscht !!! Auf eine saubere Welt

Nun einiges zum Thema Fusionsreaktor:


Die elektromagnetische Flasche als Fusionsreaktor




1 : Problemstellung

Das Problem ist die Energieknappheit unserer Zeit. Es können einige Probleme, wie zum Beispiel der Treibhauseffekt, der wegen des zu hohen Kohlendioxidgehalts in der Luft auftritt, erst dann verringern wen man das Kohlendioxid mittels grosser Energiemengen von CO2 in C2 (Kohlenstoff) und O2 Sauerstoff umwandelt. Auch können wen es uns gelänge genügend Energie aufzutreiben Wasser H2O in H2 (Wasserstoff) und O (Sauerstoff) umwandeln und mit dem Wasserstoff dann Autos, Lastautos, Flugzeuge und Raketen betreiben. Auch das Abfallproblem könnte besser gelöst werden. Den man könnte aller Abfall, der organische Bestandteile (Holz Kunststoffe) enthält, vergasen und Gas, wie zum Beispiel Methan, gewinnen das man dann als Rohstoff für verschiedene Zwecke weiter verwenden kann. Man kann aber auch Autos damit betreiben. Auch ist es später möglich, wenn es uns gelänge Energiequellen in genügend kompakten Ausmass herzustellen, die Raumfahrttechnik revolutionär zu verbessern! Man könnte dann ohne Problem, Raumschiffe entwickeln die einstufig ins Weltall können, und die erst noch total wiederverwendbar sind.



2tand der Technik

Der Stand der Technik ist folgender momentan wird hauptsächlich am Tokamak und am Stellarator geforscht. Das Ringförmiges Konzept wurde deswegen entwickelt, weil man so die magnetische Flasche dicht kriegen will! Aber dafür ist die Plasmabahn instabil die maximale Dauer einer Plasmastabilität von diesen komplizierten Anlagen ist auf wenige Sekunden beschränkt. Zudem ist die bietet die Aufheizung des Plasmas Probleme! Es gibt auch in den Vereinigten Staaten Anlagen mit denen man mit Laser auf kleine Wasserstoffkügelchen(Deutrium und Tritium Gemisch) aber diese Anlagen brauche eine riesige Energie für die Laser! Es gibt auch andere gute Ideen! Aber die sind aus den einen oder aus den anderen Gründen, zugunsten eines Tokamaks oder eines Stellarator, beiseite geschoben worden. Auch an magnetischen Flaschen wird noch geforscht! Wobei bei man hier vor allem damit bemüht ist die enden dicht zu kriegen. Und zudem bietet die Aufheizung Probleme! (Und da biete ich mich an!)



3:Erfindung

Im Gegensatz zu früheren Systemen wird der Hauptteil der benötigten Energie über Elektroden dem Fusionsplasma zugeführt. Dabei werden die Teilchen auf eine Zentral - Loch - Elektrode hin beschleunigt und zur Kollision gebracht. Das ganze Elektrodensystem besteht also aus mindestens 7 Elektroden. Mindestens zwei positiv geladenen Linsenelektroden (5), einer Zentralelektrode(4), zweier Elektronen - Linsen - Elektroden (5) (die durch die Isolation (7) von (5) getrennt sind), zweier um die Längsachse montierten Kreisfrequenzelektroden (zur Stabilisierung des Plasmas) und den zweier Ionisations- - Elektroden(5). Sie werden wen wir den Protonen - Bor Prozess verwenden mit einer Spannung von mindestens 1000 000 Volt von den Ionisations- - Elektroden(5)(positiv) auf die Zentralelektrode (negativ)hin beschleunigt. .(Und die Elektronen in umgekehrter Richtung, wer sich dafür interessiert, soll sich melden) Je nach Stand der Experimente kann(muss)man die Spannung auch erhöhen.



Wenn der Fusionsreaktor erst mal gezündet hat kann man die Spannung langsam aber vorsichtig hinunter - schalten, denn die Aufheizung des Plasmas wird jetzt durch die Fusion direkt erfolgen.



Da die durch Fusion neu entstandenen Energiereichen Helium und Protonenkernen, die beim Deutrium - Deutrium, Deutrium - Helium(3) und beim Protonen - Bor Prozess entstehen, positiv geladen sind, können sie einen Einfluss auf Energieabzweigelektroden(C) ausüben.



Natürlich muss der Fusionsreaktor trotzdem gekühlt werden, wobei auch wieder Energie gewonnen werden kann.



Das Endprodukt Helium das die Energie abgegeben hat lässt sich, da es spezifisch schwerer als das übrige Plasma ist, mühelos durch neutralisier -, absaug- und Zentralelektroden(4)neutralisieren und durch Diffusion oder Kühlungspumpen absaugen und durch Zentrifugen (beim Bor - Protonen Prozess)von Bor trennen, so das man dieses auch noch verwenden kann.





Weitere Einzelheiten über den Fusionsreaktor:



Bei der elektromagnetischen Flasche als Fusionsreaktor sind die Materialanforderungen nicht so extrem. Man hat genügend Wasser zur Verfügung, um den Reaktor, auf einigermassen erträgliche Temperaturen, halten zu können. Normale Stahlkonstruktionen werden genügen. Man muss lediglich darauf schauen, dass die Werkstoffe die man für das Vakuumgefäss verwendet werden keine hohe elektrische Leitfähigkeit haben und nicht magnetisierbar sind. Denn sonst könnten sie das Zünden mit dem Pinch-Effekt beeinträchtigen. Der Pinch-Effekt muss durch das Verändern des Hauptmagnetfelds notfalls hervorgerufen werden, falls die Spannung (zum Beschleunigen der Nukleonen) zwischen den Ionisierelektroden(5) und der Zentralelektrode(5) alleine zum Zünden des Fusionsprozesses nicht ausreichen.



Die Supraleitenden Spulen (1,2):



Allerdings sollte man auch bei der Wahl des Supraleiters in den Spulen(1,2) (vor allem bei Versuch - Reaktoren)darauf achten, dass man den Pinch-Effekt überhaupt hinzuziehen kann. Denn es gibt Supraleiter die, die Änderungen des Stroms und die Änderungen des Magnetfeldes, nur im Schneckentempo ertragen oder aufnehmen können. Zudem treten bei allen Supraleitern, im pulsierenden Betrieb, Stabilitätsprobleme und Wechselfeld - Verluste auf.



Diese Probleme, kann durch verdrehen der Supraleitenden Bahnen und durch unterteilen des Stabilisierungsmaterials (der Kupfer oder Aluminiumbahnen)mit Barrieren von hohem elektrischen Widerstand( wie zum Beispiel mit CuNi - Schichten) lösen. Wir werden noch sehen, was es mit diesem Stabilisierungs- Material so auf sich hat. Beim Bau von supraleitenden Magneten werden nach J.Räder-et-al. (im Buch: Kontrollierte Kernfusion)irreversible Typ-II-Supraleiter mit hohen kritischen Magnetfelder verwendet. Das sind zum Beispiel NbTi und NB3SI Legierungen. Bei jedem Supraleitenden Magneten muss der Übergang von Supraleitenden in normal - leitenden Zustand und die damit verbundene grosse Wärmeabgabe im Störungsfalle verhindert werden. Das heisst, er muss stabilisiert werden. Man behält dem Strom im Falle einer Störung im Supraleiter eine Ausweichmöglichkeit im normal leitenden Kupfer oder Aluminiumbahnen vor. So kann der Strom den durch eine Störung normal - leitend gewordenen Supraleitende Material mit hohem elektrischen Widerstand über normalleitende Kupfer oder Aluminiumbahnen mit niedrigem elektrischen Widerstand ausweichen. Darum müssen die den Supraleiter umgebenden normal - leitende Leiterbahnen auch den gesamten Strom aufnehmen können und die entstehende Wärme ohne Staue sofort an das Kühlmedium abgeben können. Diese Methode nennt man kyrostatischen Stabilisierung. Die Stabilisierung, so habe ich gehört, soll auch ohne Kupfer- oder Aluminiumbahnen durch möglichst kleine Querschnitts - Flächen der supraleitenden Drähte möglich sein. Doch darüber ist mir nichts näheres bekannt. Die Stabilisierung braucht es vor allem deshalb, um eine massive Erwärmung durch Störungen zu verhindern und Unfälle zu vermeiden. Den die meisten Supraleiter ertragen nicht mehr als 4 Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. Also müssen sie zudem auch gut gekühlt werden. Es gibt aber neuerdings auch Supraleiter (Spezielle Metalloxide) die schon bei -194 Grad und weniger supraleitend werden, und mit billigen flüssigen Stickstoff gekühlt werden können.



Die Elektroden(4,5,6,7):



Für die Linsen-(5,6) oder Zentrierelektroden(5,6) kann man ohnehin nur Kupfer oder Aluminiumbahnen verwenden. Es sei denn, man nimmt einen schlechten Wirkungsgrad im Kauf. Dasselbe gilt auch für die Energieabzweigelektroden(C). Denn Materialien, die höhere Temperaturen ertragen, haben automatisch mehr elektrischer Widerstand. Aber nun zurück zum allgemeinen Reaktor. Die Elektroden (5,6,7) müssen isoliert werden. Den das Vakuum, ist kein guter Isolator! . Es kann also ungehindert elektrischen Strom zwischen den Elektroden auftreten. Das muss natürlich verhindert werden. Am besten geschieht das durch Keramik wie zum Beispiel Porzellan. Und zwar sind solche Temperaturbeständige (min 700 Grad Celsius oder mehr) Isolatoren am besten geeignet, die eine möglichst niedrige Dialektrizitätskonstante haben. Die Konstante bezeichnet den Wert der Schwächung des Elektrostatischen Feldes und die Vervielfachung der Kapazität des Kondensators, bei der Verwendung des jeweiligen Materials, zwischen den Kondensatorflächen an. Die Zentralelektrode aber darf Zentrum nicht isoliert sein da die Elektronen ungehindert zur Ionisier- Elektrode(3) fliessen müssen. Aber am Rand der Zentralelektrode, da empfiehlt es sich schon, sie zu Isolieren. Es klar das (wegen dem Absaugmechanismus(4)) die Elektroden(5,6) gasdurchlässig sein müssen. Es ist daher notwendig das man Löcher (Durchmesser etwa 2cm) in die Elektroden bohrt.



Der Absaugmechanismus(4):



Beim Absaugmechanismus(4) muss nicht isoliert werden den er soll ja das Helium neutralisieren, das dann durch Diffusions- oder Kryopumpen abgesaugt wird. Am besten ist es, das man die Zentralelektrode so Konstruiert so das Sie zugleich als Absaugvorrichtung dient. Sie muss nämlich innen hohl sein, nur am Rande isoliert und natürlich durchlöchert sein. Zu dem Muss der Anschluss, an das Diffusions- oder Kyropumpensystem in dem Hohlraum der Elektrode münden.



Der Endverschluss:



Die Endverschlusstechnik etwa dieselbe wie bei den üblichen magnetischen Flaschen. Nach der Endverschlussspule (2), die als erste thermische Barriere zur Verminderung des Plasmaverlustes wirkt, folgt noch eine zweite Spule die als zweite thermische Barriere wirkt. Bei dieser muss der Strom entgegengesetzt sein, so dass sie das Magnetfeld zur Seite drängt und an ihren Spulen - Ende als zweite wirksame thermische Barriere für das Plasma wirken kann. Denn dieses muss dann noch mal eine anwachsende Magnetfelddichte überwinden müssen um den Reaktor ganz verlassen zu können. Ich habe bei diesem Reaktor, normale Spulen eingezeichnet, die ich nach einer eigenen (vereinfachten) Abwandlung der von Edgar Lüscher in seinem Buch: Kernenergie und Kerntechnik' beschriebenen axialsymmetrische Tandemspiegelmaschine, übernommen habe. Doch es gibt auch andere Endverschlüsse, die auch vom gleichen Autor beschrieben werden. Vor allem bei der Tandemspiegelmaschine mit den Yin-Yang-Spulensatz wird am meisten geforscht. Natürlich kann man auch diesen Endverschluss für die elektromagnetische Flasche verwenden. Nur ist dieser, kompliziert herzustellende Spulensatz, ist für die elektromagnetische Flasche wegen elektrischer Abstossung von den Elektroden(3) bei den Endverschlüssen(Spulen (2)) nicht unbedingt erforderlich.




5:Zusammenfassung

Das Plasma der Magnetischenlasche, will ich so aufheizen In dem ich es von zwei positiv geladenen Einspritzdüsen (3) zu der negativen Zentralelektrode(4) eine Spannung anlege. Wobei man bei der Zentralelektrode die Elektronen mit Elektrokanonen(E) in die Mitte des Plasmas schiessen muss, so das die Ladung des Plasmas insgesamt neutral bleibt. Dadurch will ich die Fusion zünden und gleichzeitig den Fusionsbrennstoff zuführen. Es ist auch so das, das Plasma leichter von den Endverschlüssen fernhalten kann durch diese Methode! Zudem habe ich eine Methode die Energie leichter zu gewinnen. Und zwar durch die Omegaförmige Elektrode die durch eine statische leichte negative Aufladung die Energie von den positiv geladenen Teilchen abzweigt.





1. Kombination der magnetischen Flasche und eines Teilchenbeschleunigers, der durch Teilchen Zusammenstoss in mehreren Bereichen zur Erwärmung führt. Und zwar so, dass sie die positiven Ionen von Aussen (Einspritzdüse und Ionisiersystem) nach innen und die Elektronen von innen nach Aussen beschleunigt werden. Und durch Kollisionen in Bereichen wo die Zentrierelektroden sind, wird das Plasma erwärmt, wodurch dann die Fusion beginnt.



2. Das Anlegen einer Spannung von Aussen (Endverschluss) und Zentralelektrode.



3 Das Energieabzweig System, das dadurch funktioniert, in dem man Omegaförmige - wolframgeflechts- Elektroden elektrisch leicht negativ aufladen, so dass einen Strom, durch die Bewegung, der positiv geladenen Teilchen (Alpha Teilchen und Protonen) erzeugt wird.


Neuere Vorstellungen:


In einem Fusionsreaktor müssen zusätzlich zu den physikalischen Herausforderungen wie Plasmazündung und Plasmaeinschluss auch technische Fragen und Materialprobleme gelöst werden. Diese umfassen die Entwicklung neutronenresistenter Wandmaterialen, das Erbrüten von Tritium, Sicherheit im Umgang mit Tritium und die Entsorgung aktivierter Materialen. Prinzipiell gelten die folgenden Überlegungen für Trägheits- und magnetischen Einschluss. Detailierte Untersuchungen liegen für das Tokamakprinzip vor, doch können viele dieser Ergebnisse auf das Stellaratorprinzip übertragen werden.

Die Brennstoffe Deuterium und Tritium sind praktisch unbegrenzt verfügbar. Deuterium kommt in allen Wasserstoffverbindungen, damit auch im Meerwasser, zu etwa 0,015 Mol-% vor und kann relativ leicht gewonnen werden. Tritium ist radioaktiv (b -Strahler) mit einer Halbwertszeit von 12,4 Jahren; es existiert auf der Erde nur in kleinsten Mengen mit einem Vorkommen von etwa 10-18 im natürlichen Wasserstoff. Tritium kann aber aus Lithium nach folgenden Reaktionen durch Neutronenbeschuss hergestellt werden:

6Li + n ® 4He + T + 4.78 MeV

7Li + n ® 4He + T + n - 2.47 MeV

Lithium selbst ist in Meerwasser und der Erdkruste ebenfalls ausreichend und geologisch gleichmäßig verteilt vorhanden. Da Neutronen beim Fusionsprozess entstehen, liegt es nahe, das Reaktionsgefäß mit einem Mantel zu umgeben, in dem das Tritium erzeugt wird. Dieser Mantel könnte aus Lithiumoxid-Keramiken bestehen, die eine ähnlich hohe Li-Atomdichte wie metallisches Lithium haben. Andere Lithium-Keramiken brauchen Beryllium als Neutronen-Moderator, das aber wegen seiner Toxizität besondere Sicherheitsvorkehrungen verlangt.



Deuterium und Tritium werden von außen in Form von Kapseln, als Wasserstoff-Eis oder als Gas zugeführt und zur Fusion gebracht. Die entstehenden a -Teilchen heizen das Plasma weiter auf und die Neutronen fliegen zu den Gefäßwänden, wo sie mit dem Lithium zu Tritium und Helium reagieren oder in der Reaktorwand abgebremst werden. Die freigesetzte Wärme wird über ein geeignetes Kühlmedium, z.B. Helium, abgeführt und treibt über einen Wärmeaustauscher eine Dampfturbine. Ein Teil der so erzeugten Energie wird benötigt, um bei Trägheitseinschluss den Fusionsprozess für jede Kapsel neu einzuleiten oder bei magnetischem Einschluss in einem Tokamak den Strom im Plasma aufrechtzuerhalten. Bei Tokamaks oder Stellaratoren werden die Magnetfeldspulen supraleitend sein, sodass der Energiebedarf für das Magnetfeldes gering sein wird. Nicht verbranntes Tritium und Deuterium werden von dem Helium getrennt. Das entstandene Tritium wird aus dem Mantel gespült. Tritium und Deuterium werden dem Brennstoffkreislauf dann in geeigneter Form wieder zugeführt. Ein typischer Reaktor verbrennt etwa 500g Tritium pro Tag. Das gesamte Tritiuminventar der Anlage wird sich auf einige Kilogramm belaufen. Die eigentliche Asche des Verbrennungsprozess, das Helium, ist als Edelgas für die Umwelt völlig unbedenklich. Praktikabel scheinen nur Anlagen mit einer thermischen Leistung von etwa 3 GW und damit einer elektrischen Leistung von etwa 1 GW. Das bedeutet für einen Tokamakreaktor eine Torusgröße von etwa 16 m Durchmesser, für einen Stellarator von etwa 45 m Durchmesser und bei der Trägheitsfusion einen Reaktordurchmesser von etwa 8 m.

In einem Fusionsreaktor müssen die plasmanahen Wandmaterialen der hohen Neutronenflussdichte während der Operationszeit standhalten, ohne langfristig aktiviert oder in ihrer Festigkeit beeinträchtigt zu werden. Noch gibt es keine Materialen, die diesen Bedingungen über eine angestrebte dreißigjährige Reaktorlaufzeit genügen. Es wird daher erwogen, die plasmanahen Materialien über die Laufzeit 4 bis 5 mal auszutauschen. Vanadium zeigt eine besonders geringe Neutronenaktivierung, kann jedoch von Tritium durchdrungen werden. Gegenwärtig wird untersucht, ob sich Vanadium-Legierungen finden lassen, die eine geringere Tritium-Permeation zeigen. Stähle werden stärker aktiviert, zeigen aber eine geringere Tritium-Permeation. Das Gesamtvolumen an radioaktiven Material, das während der Laufzeit eines Fusionsreaktors durch Aktivierung entsteht, entspricht etwa dem eines Spaltungsreaktors, einschließlich der Aufbereitungsanlage. Werden bestimmte Elemente, wie beispielsweise Silber oder Molybdän, auch in Spuren vermieden - was machbar erscheint – klingt die Aktivierung des radioaktiven Materials innerhalb von etwa 100 Jahren so weit ab, dass mehr als 90% radiologisch unbedenklich sind oder wenigstens Recycling erlaubten. Damit erstreckt sich Hypothek radioaktiven Abfalls nur auf wenige Generationen und die notwendige Lagerzeit entspricht etwa der Lebenszeit der Nutznießer der erzeugten Energie.

Im Normalbetrieb rechnet man bei einen Fusionsreaktor mit der Freisetzung von etwa 2 g Tritium pro Jahr durch Leckage und Diffusion. Die beim radioaktiven Zerfall von Tritium freigesetzten Elektronen haben eine maximale Energie von 18 keV. In organischer Materie ist deren Reichweite wenige Mikrometer. Als umgebendes Gas stellt es daher für den Menschen keine Bedrohung dar, da die hornartigen, äußeren Hautschichten um ein Vielfaches dicker sind. Doch kann Tritium in oxidierter Form, beispielsweise als Wasser, in den Körper aufgenommen werden und hat dort eine effektive Verweilzeit von etwa 11 Tagen. Die verschiedenen Formen von Radioaktivität haben unterschiedliche Auswirkungen auf den menschlichen Organismus. Die in Sievert (Sv) angegebene Strahlendosis trägt dem Rechnung. Am Betriebszaun eines Fusionsreaktors beträgt dann die Strahlendosis der Bevölkerung etwa 1% des zivilisatorischen Durchschnittswertes von etwa 2 mSv/a, der sich zu drei Vierteln aus medizinischen Anwendungen und zu einem Viertel aus natürlichen Quellen ergibt.

Fusionsreaktoren sind passiv sicher. In Spaltungsreaktoren ist eine große Menge an Brennstoff im Reaktionsraum vorhanden, der in einer moderierten Kettenreaktion langsam verbrannt wird. In Gegensatz dazu ist in einem Fusionsreaktor zu jedem Zeitpunkt nur wenig Brennstoff im Reaktionsraum vorhanden. Das ist offensichtlich bei Trägheitseinschluss, doch auch bei magnetischem Einschluss wird der vorhandene Brennstoff innerhalb von etwa einer Minute verbrannt, nachdem die Zufuhr abgeschaltet wurde. Zudem beendet jede Störung das brennende Plasma sofort. Die Kernreaktionen in einem Fusionsreaktor können sich also nicht verselbständigen. Außerdem ist in einem Fusionsreaktor auch keine chemische Reaktion möglich, die die Schutzhülle sprengen könnte. Ein bedeutender Energieanteil (bei magnetischem Einschluss) ist im Magnetfeld der supraleitenden Spulen gespeichert. Sollten in einem Unfall sämtliche Kühlkreisläufe versagen, so würde die Temperatur in dem Reaktor durch die Zerfallsprozesse in den aktivierten Wänden und durch das Quenchen der Spulen (Übergang von Supraleitung in den normal leitenden Zustand) auf maximal 800°C steigen, also weit unter dem Schmelzpunkt von Stahl bleiben. Damit ist die Verbreitung aktivierter Materialien bei einem Unfall gering. Zusätzlich wird versucht, das Inventar an Tritium in den Reaktorkomponenten so gering wie möglich zu halten. Gegenwärtig geht man davon aus, dass in einem Reaktor im ungünstigsten Störfall eine Gesamtmasse von etwa 1 kg Tritium freigesetzt werden könnte. Bei besonders widrigen Witterungsbedingungen könnten dann Strahlendosiswerte von 100 mSv im unmittelbaren Randbereich des Betriebsgeländes überschritten werden. Doch sind selbst die so erreichten Werte noch geringer als die 500 mSv, oberhalb der in der Bundesrepublik Deutschland die betroffene Bevölkerung evakuiert werden muss.

Nach den Fragen der Machbarkeit, Umweltbelastung und Sicherheit eines Reaktors, stellt sich auch die Frage, ob die Kosten der produzierten Energie wettbewerbsfähig sind. Abschätzungen für magnetischen Einschluss ergeben, dass sowohl die Reaktorinvestitionskosten wie auch die Stromkosten etwa doppelt so teuer sind wie die Kosten eines herkömmlichen Atomkraftwerks. Beim Trägheitseinschluss sind die ökonomischen Herausforderungen noch deutlich höher als beim magnetischen Einschluss.

Der Fusionsreaktor hat über die letzten Jahrzehnte nichts an seiner Attraktivität eingebüßt, sondern durch die CO2-Problematik fossiler Brennstoffe eher noch gewonnen. Gegenwärtig ist nur das Prinzip des Tokamaks genügend weit entwickelt, die Grundlage eines Reaktors bilden zu können. Doch selbst angesichts der Fortschritte der letzten Jahre sind die Herausforderungen immer noch gewaltig. Die weiterhin ungelösten Fragen sind:

1. Läßt sich das Plasma mit a –Teilchenheizung und nur geringer Zusatzheizung aufrechterhalten?

2. Lassen sich Materialien entwickeln, die den Neutronenflüssen eines Reaktors mit hinreichender Festigkeit und geringer Aktivierung standhalten?

3. Läßt sich Tritium mit der notwendigen Ausbeute in dem Lithiummantel erbrüten?

Die Fragen 1 und 3 könnten mit einem weiteren, größeren Experiment beantwortet werden. So wurde basierend auf den bisherigen Erkenntnissen der letzten Jahre ein neues Tokamak-Experiment, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor der Partner EU, USA, Japan und Russland ), konzipiert und konstruiert. In diesem Experiment könnte das Plasma gezündet und für etwa eine Stunde aufrechterhalten werden. 1998 waren die Pläne fertig und es war bereits gezeigt, dass bestimmte Teil-Elemente, wie beispielsweise die supraleitenden Toroidalfeldspulen, innerhalb der vorgegebenen Toleranzen gefertigt werden konnten. Bislang fehlte jedoch die politische Unterstützung, dieses Projekt mit Fertigungskosten von etwa 10 Mrd. $ zu finanzieren. Daher wird gegenwärtig ein kleineres Experiment konstruiert, das bei einem Q von 10 Zündung zwar nicht erreicht, dessen Plasmazustand aber von der a -Teilchenheizung bereits hinreichend dominiert wird. Auch die Tritium-Brutrate ließe sich in diesem Experiment bestimmen. Die Materialfrage 2 allerdings muss in anderen Anordnungen untersucht werden.

Währenddessen werden die bestehenden Tokamaks mit größeren Heizleistungen ausgestattet und entstehen in Schwellenländern wie Indien, China und Korea neue Tokamak-Experimente, die mittels supraleitender Spulen für längere Plasmaentladungen ausgelegt sind. Bei Stellaratoren sind in den letzten Jahren einige neue Experimente in Betrieb gegangen (TJ-II, Spanien, 1997 HSX, USA, 1999, beides kleinere Experimente), dazu aber auch LHD (Large Helical Device, Japan, 1998 und W7-X (noch im Bau, Greifswald, Beginn: 2006). Die beiden letzteren sind mittelgroßen Tokamaks vergleichbar, aber nicht für DT-Betrieb ausgelegt. Vor allem wenn W7-X die Erwartungen erfüllt, die man an die optimierten Magnetfelder knüpft, und der Plasmaeinschluss so gut wie berechnet ist, hätte man auch bei den Stellaratoren die Erfahrungswerte, von denen aus man mit einiger Sicherheit auf einen Fusionsreaktor schließen könnte.

Bei der Trägheitsfusion erwartet man die Fertigstellung von NIF, USA, und Laser Megajoule, Bordeaux, wo in beiden Fällen Zündung der Kapseln erreicht werden sollte. Zur Umsetzung des Prinzips in einem Fusionsreaktor müssen die driver noch um ein Vielfaches in ihrer Leistung und Repetitionsrate verbessert und Fragen des repetierenden Einschusses von Kapseln in das Reaktionsgefäß geklärt werden.

Allen Einschlussverfahren ist damit gemeinsam, dass vor einem möglichen Demonstrationsreaktor noch ein weiteres Experiment aufgebaut werden muss, in dem die oben angesprochenen Fragen geklärt werden müssen. Da solche Experimente einschließlich der Genehmigungsverfahren eine wenigstens 10jährige Entwicklungs- und Konstruktionszeit beanspruchen, und ebenfalls für mindestens 10 Jahre experimentiert werden muss, bis ein sicheres Verständnis für die physikalischen Zusammenhänge gegeben ist, ist abzusehen, dass vor Mitte dieses Jahrhunderts nicht mit einem ersten Demonstrationsreaktor gerechnet werden kann. Gegenwärtig sind keine Gründe bekannt, die a priori die rentable Funktionsfähigkeit eines Fusionsreaktors mit großer Wahrscheinlichkeit ausschlössen. Es ist daher zu hoffen, dass die Untersuchungen dazu fortgesetzt werden können, bis die entsprechenden Erkenntnisse



Aus den Medien/Politik:




kernfusion

Hickhack um Tokamak

Die Physiker starten ihr erstes Weltprojekt: Einen 4,5 Milliarden Euro teuren Fusionsreaktor. Frankreich, Spanien, Kanada und Japan wollen das Musterkraftwerk ins Land holen. Deutschlands Beteiligung entzweit die rot-grüne Koalition


Alexander Bradshaw ging noch zur Schule, als der Daily Mirror im Jahr 1958 ein Foto von Ozeanwellen auf der Titelseite druckte. Die Schlagzeile brannte sich ihm ins Gedächtnis ein: Energie aus dem Meer für Milliarden Jahre. Durchbruch in der Kernfusion!, schwärmte das Boulevardblatt. In zehn bis zwanzig Jahren könne man Strom mittels Verschmelzen von Wasserstoffkernen erzeugen, glaubten die Physiker damals.

Heute ist Bradshaw 58 Jahre alt, Physikprofessor, und noch immer speist kein Fusionskraftwerk Strom ins Netz. Die Fusionsforscher haben ein Imageproblem. Wie der Esel, der nach der Mohrrübe giert und sie nie zu fassen kriegt, scheinen sie ihrer Vision hinterherzulaufen. Doch jetzt schenken die großen Industrienationen ihnen einen gigantischen Versuchsreaktor: den International Thermonuclear Experimental Reactor (Iter). Bradshaws Job ist es, bei den Iter-Verhandlungen die Fahne der deutschen Fusionsforschung hochzuhalten. Als Chef des Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Garching ist er deren oberster Lobbyist.

Iter ist das erste Weltprojekt der Physiker, politisch vergleichbar mit der Internationalen Raumstation. Europa, Russland, China, Japan, Kanada und die USA beteiligen sich an der Megamaschine. Nach 20 Jahren Vorbereitung gehen die Verhandlungen über den Standort jetzt in die letzte Runde. 4,5 Milliarden Euro soll Iter kosten und endlich den Beweis erbringen, dass die Kernfusion praktisch nutzbar ist. Anschließend wollen die Forscher das erste Demonstrationskraftwerk bauen. „Wenn alles nach Plan läuft, haben wir um das Jahr 2055 Strom aus der Kernfusion“, freut sich Bradshaw.

Schröder fördert die Fusion, die Grünen bekämpfen sie

Japan, Frankreich, Spanien und Kanada wollen Iter zu sich ins Land holen. Bis Ende des Jahres soll feststehen, wer den Zuschlag bekommt. 2006 könnte der Bau beginnen, 2014 der Betrieb. Deutschland würde sich über den EU-Haushalt an Iter beteiligen – unverbindlich im Gespräch sind 400 bis 500 Millionen Euro, verteilt auf acht bis zehn Jahre. Doch bei den Grünen und einigen SPD-Abgeordneten regt sich Widerstand. Nach dem Ausstieg aus der Kernkraft fordern sie nun den Ausstieg aus der Kernfusion und streiten mit der Regierung um den Kurs in der Fusionsforschung. Schröder fördert sie, die Grünen bekämpfen sie, die Öffentlichkeit ignoriert sie. Der innerdeutsche Streit weist über die Kernfusion hinaus: Er offenbart die Konzeptlosigkeit, mit der die rot-grüne Regierung Energieforschung fördert. Die Devise lautet: Weder Fisch noch Fleisch. Bei vegetarisch belegten Brötchen debattierten Solarfreunde und Fusionsfans, Parlamentarier und Regierungsvertreter Anfang Mai im Bundesforschungsministerium über den Energiemix der Zukunft – und vertagten sich.




Der geplante Kernfusions-Experimentalreaktor ITER im Größenvergleich mit einem Menschen (1). Im Plasmagehäuse (2) wird durch Toroidalfeldspulen (3) ein Magnetfeld aufgebaut; es soll das 100 Millionen Grad heiße Plasma aus Schwerem Wasserstoff in der Schwebe halten. Aus dem erhitzten Sud austretende energiereiche Neutronen werden an der "inneren Wand" (4) aufgefangen, wo sie Wärme erzeugen.

OH OH Ich hoffe das Thema ist euch nicht zu kompex ihr könnt auch nicht sooo detailierte Vorschläge machen !!!! Wie Energie aus Schlachtabfällen oder eben sowas !!! laßt die grauen Zellen Dampfen

Zitat

Original von D3713F
Aha. Interessant. :O

Na alsooo sooooo Komplex ist es auch nicht Einfälle dazu muß doch jeder von euch haben Meinetwegen auch Abgehoben

Zitat

Original von yero
@Yuri: Also ich hab mir das jetzt mal alles durchgelesen. Ich hab jetzt vorerst ein paar Fragen:

1. Hab ich das richtig vertsanden, dass Fusionskraftwerke eigentlich absolut umweltfreundlich sind und alle Endprodukte wiederverwertbar sind? Sodass quasi ein Kreislauf entsteht?

2. Wie sieht es mit der Effiziens eines Fusionskraftwerk gegenüber einem Atomkraftwerk aus?

3. Hasst du das eigentlich alles selbst geschrieben? Wenn ja, hasst du das alles nur für diesen Forumthread geschrieben?

mfg

Alex

ZU1.

Das Volumen der nichtwiederverwertbaren Elemente ist etwa nur 0,6% gegenüber einem Normalen A.K.W ,Allerdings muß man auch ein gewisses maas an Energie einsetzen um das ganze am laufen zu halten aber wenn es dan erstmal in gang kommt bekommt man unvorstellbare Mengen an Energie heraus.Für eine Kernfusion muß die elektrische Abstoßung der positiv geladenen Atomkerne überwunden werden. Erst wenn die Kerne einander fast berühren, führen die anziehenden Kernkräfte zur Fusion. An Beschleunigern kann die Fusion problemlos bewerkstelligt werden, jedoch verschlingt der technische Aufwand wesentlich mehr Energie als durch die Fusionsreaktion freigesetzt werden kann. Schlagartig wird die Fusionsenergie in der Wasserstoff-Bombe freigesetzt, aber das ist natürlich kein Verfahren, das sich zur „Energiegewinnung" nutzen ließe.



ZU2.

Die größten Hoffnungen auf eine friedliche Nutzung der Kernfusion konzentrieren sich zur Zeit auf die sogenannte thermonukleare Fusion. In Analogie zur „chemischen Fusion" bei der Verschmelzung von Kohlenstoff und Sauerstoff zu Kohlendioxid spricht man auch bei einem Fusionsreaktor von „Brennen" und Fusions„ofen". Der Brennstoff wird dabei auf so hohe Temperaturen erhitzt, daß die thermische Energie ausreicht, die Abstoßung zwischen zwei Atomkernen zu überwinden. Das Vorbild, die Sonne, ist in ihrem Inneren mehr als 15 Millionen Grad heiß, wobei die ungeheueren Gravitationskräfte bei der Kernfusion durch die Erzeugung sehr hoher Materiedichten nachhelfen. In einem irdischen Fusionsreaktor, wo solche Dichten natürlich nicht erreicht werden können, müssen deshalb noch wesentlich höhere Temperaturen von über 100 Millionen Grad erzeugt werden. Inzwischen ist ein Stand erreicht, in dem ein Fusionsofen gebaut werden soll, der ein für etwa tausend Sekunden brennendes Plasma zu erzeugen gestattet. Dieser ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) soll gemeinsam von den USA, Japan, Rußland und Europa errichtet werden. Er wird mit einer Fusionsleistung von 1,5 Gigawatt die Leistung eines großen Kraftwerks erreichen, wobei jedoch zu zeigen sein wird, ob der gesamte Energieaufwand, der für die Zündung der Fusion aufgewandt werden muß, auch wieder zurückgeliefert werden kann,ich halte die Daumen !!!

Bei der Kernfusion kommt es wesentlich auf die Ionentemperatur an, die, von den Physikern in der Einheit Kiloelektronenvolt (keV) angegeben, etwa 10 keV betragen muß. Dichte und Mindestlebensdauer des Plasmas müssen ebenfalls hinreichend groß sein, damit selbständiges Brennen möglich wird. Um ein Plasma zunächst auf die nötigen Temperaturen zu bringen, braucht man mehr als ein Zündholz.

Eine Heizung für den Fusionsofen

Die Injektion sehr schneller, neutraler Wasserstoffatome in das Plasma bewirkt neben anderen Methoden eine solche Heizung. Neutral müssen die Teilchen sein, weil sie nur so die umhüllenden Magnetfelder passieren können, die das Reaktorplasma in der Schwebe halten. Im Innern des Plasmas werden die Wasserstoffatome dann durch Stöße mit dem Plasma ionisiert und auf Spiralbahnen um die magnetischen Feldlinien gezwungen. Auf ihrem Weg geben sie ihre Bewegungsenergie in einer Vielzahl von Stößen an das Plasma ab und sorgen so für den gewünschten Heizeffekt. Allerdings müssen die Wasserstoffatome beim Einschuß sehr energiereich, also schnell sein, und sie lassen sich nur effektiv beschleunigen, wenn sie zuvor elektrisch geladen sind. Diese widersprüchlichen Anforderungen setzen voraus, daß der Wasserstoff zwischen Beschleunigung und Einschuß in das Fusionsplasma noch neutralisiert werden kann. Große Fusionsreaktoren benötigen Injektionsleistungen von Neutralteilchen im Megawatt-Bereich, so daß der Frage nach der Neutralisationseffizienz der beschleunigten Wasserstoff-Ionen entscheidende Bedeutung zukommt. Neutralisationsverluste verschlechtern die Energiebilanz eines Fusionskraftwerks. Werden zum Beispiel 500 keV „heiße" Deuterium-Ionen beim Durchschuß durch ein Gas neutralisiert, beträgt die Neutralisationseffizienz weniger als sechzig Prozent. Würde anstelle des Gases ein Plasma verwendet, könnte eine Effizienz von fast neunzig Prozent erreicht werden, wie Modellrechnungen zeigen, die auf den experimentellen Daten des Instituts für Kernphysik beruhen. Die Ergebnisse der Modellrechnungen hängen sehr stark von Reaktionen ab, bei denen die negativ geladenen Heizungs-Ionen in Stößen mit positiv geladenen Plasma-Ionen ein oder zwei Elektronen verlieren. Nachdem am Institut für Kernphysik die Anlage für die Untersuchung von Ion-Ion Stößen entsprechend umgebaut worden war, gelang das erste Experiment mit negativen Wasserstoff-Ionen, die im Stoß mit mehrfach positiv geladenen Ionen neutralisiert werden. Eine Weltpremiere war vor allem auch das erste Experiment, in dem zwei Ionenstrahlen mit negativen Wasserstoff-Ionen gekreuzt wurden.


ZU3.

etwa 2/3 bis auf den teil aus den Medien und Politik naturlich mußte ich mich auch durch einige Fachzeitschriften und Bücher zu dem Thema arbeiten,mich interesiert das schon seit einigen Jahren .Vor allem deswegen weil die Sonne genau so Energie erzeugt ,die Sonne ist ein gewaltiger Fusionsreaktor !!! Es geht ja nun auch um unsere Umwelt und unsere Zukumft. Ich wolte halt mal einen richtig sinnvollen Thread erstellen.die Energieträger wie: Ol ,Gas und Kohle sind auch nicht ewig vorhanden!!! Je früher wir uns Gedanken darüber machen desto besser!!! Ich hab auch schon mal einen Aufsatz darüber geschrieben
und ein Referat gehalten!


@Lex den Beitrag hättest du dir verkneifen können echt ! Aber vieleicht kommt ja doch noch ein guter Beitrag von dir ich geb die Hoffnung nicht auf !!! Möglichkeiten gibt's ja genug ,du mußt ja nicht auf das Thema Kernfusion eingehen

Zitat

Original von yero
Okay, weitere Frage:
1. Habe ich das richtig verstanden, dass die 100 millionen grad mit Hilfe der 1,5 Gigawatt Leistung erreicht werden soll?

2. Okay, das plasma ist nun 100 millionen grad heiß und wird vom Magnetfeld in einen Schwebezustand versetzt. Und die Innenwände nehmen nun die wärme auf und verwandeln sie in Energie. Stimmt das soweit?

3. Aus welchem Material sind denn die Innenwände?

4. 100 Millionen grad..puh ganz schön viel. Wie will mann denn verhindern, dass diese Wärme nicht alles verglüt? Wenn ich z.b. nen Feuerzeug anmache und die Flamme so 5-10 cm unter meiner Hand (oder irgendein anderes Material) halte dann spüre ich nach ner Zeit ziemlich starke Hitze. Und wieviele grad mag so ne flamme haben? vielleicht nen paar Hundert? Also wie will man diese wärme isolieren, sodass sie nicht nach außen dringt?

5. Dieser ganzer Prozess soll nur 1000 sekunden dauern (ich rede jetzt mal nicht von der abkühlphase, die eigentlich auch effizient sein könnte oder?). Wie kann man daraus denn langfristig viel Energie gewinnen? Wird man diesen Prozess einfach jeden Tag 1000 Sekuden laufen lassen oder wie geht das von statten?

ZU1.

Soweit schon nur sind die 1,5 Gigawatt meiner Meinung untertrieben
ich denke es werden so um die 4 GW sein , es hat ja noch niemand etwas derartiges versucht ,die freiwerdende Energie dürfte Gewaltig
sein,wenn bei einer Kernspaltung schon 1,3-1,4GW frei werden!!!

ZU2.

.Das ist soweit in Ordnung.Nur dürfen die Innenwände nicht der gesamten Hitze ausgesetzt werden ,das währe fatal.


ZU3.

Vor dem heißen Plasma sind die Innenwände mit Magnetfeldern geschützt. Nicht jedoch vor den schnellen Neutronen die bei der Fusion von Deuterium und Tritium entstehen. Eine Versprödung des Materials ist die Folge, man rechnet damit alle 10 Jahre die Innenwand wechseln zu müssen,das ist jedoch ein vergleichsweiser geringer Aufwand !!! die Wände werden meines Wissens aus einer Titan/Wolfram Legirung sein

Wolfram : Wichtig für Fusionsreaktor:

Wolfram wird vor allem für Glühdrähte in Glühlampen, Drähte in Elektroöfen und zur Herstellung harter, verschleißfester Stahllegierungen verwendet (z. B. Wolframstahl).Wolfram besitzt den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle, der bei etwa 3410 °C liegt. Wolframmetall siedet bei 5900 °C, die Dichte des Elements beträgt 19,5 und die Atommasse 183,85 u.




Titanium:

Reines Titan löst sich in Flusssäure (Fluor: Fluorverbindungen) und in heißen Mineralsäuren, wie z. B. Schwefelsäure oder Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff). Kalte verdünnte Säure oder auch 100 °C heiße Salpetersäure übt dagegen keinerlei Wirkung auf das Metall aus. Bei niedriger Temperatur ist Titan infolge Verunreinigungen spröde, in schwacher Rotglut ist es allerdings leicht schmiedbar. Hochreines Titanmetall lässt sich dagegen bereits in der Kälte zu Blechen walzen. Das Element schmilzt bei 1 677 °C und siedet bei 3 262 °C. Seine relative Dichte liegt bei 4,5, und seine Atommasse beträgt 47,9 u.


ZU4.


Wird in 3. behandelt. Erweiterung: in der Innenkammer herscht ein Vakuum:

nach strenger Definition ein Raum, der frei von jeglicher Materie ist. Es ist unmöglich, im Labor ein perfektes Vakuum zu erzeugen: Wie leistungsfähig die Vakuumapparatur auch ist, stets sind noch Atome oder Moleküle im betreffenden Volumen vorhanden. Auch im Weltraum befinden sich geringe Gasmengen. Unter einem Vakuum versteht man im weiteren Sinne einen Raum (das Innere eines Gefäßes), in dem der Druck deutlich geringer ist als der normale Atmosphärendruck von 1 atm bzw. 1,013 bar.

Um ein Vakuum zu erzeugen, pumpt man die Luft oder das Gas aus dem Behälter (siehe Vakuumtechnik). Je mehr man abgepumpt hat, desto weniger Moleküle befinden sich im Gefäß und desto geringer ist der Druck innerhalb des Gefäßes. Man konnte in speziellen Apparaturen den Druck schon bis auf etwa 10-17 bar herabsetzen. Selbst bei diesem extrem geringen Druck befinden sich in einem Kubikzentimeter noch fast tausend Gasmoleküle, gegenüber rund 1020 Molekülen bei normalem Atmosphärendruck.

Wichtig für Fusionsreaktor:

Auch das Innere von Glühbirnen ist teilweise evakuiert, d. h., in ihm herrscht ein geringer Gasdruck, damit die Wärme des Glühfadens nicht so stark an die Glaswand abgeführt wird. Wegen der wärmeisolierenden Wirkung des Vakuums sind auch die doppelten Wandungen von Thermoskannen evakuiert.


ZU5.


Bei dem von mir beschriebenen Vorgang handelt es sich um eine Testphase
die der zu bauende Reaktor durchlaufen wird der Dauerbetrieb wird dan 10 Jahre dauern ,der Grund ist der Materialverschleiß.Wie in 3.geschrieben!







.

Man könnte die Katzen ja züchten wie Rinder und Schweine aber eine Bessere Sache währe es wenn man das mit Schlachtabfällen macht das währe auch eine Möglichkeit, Schlachtabfälle werden zu 50% nutzloß Verbannt !!!
In Münchwilen wird die grösste Biogasanlage der Schweiz gebaut. Als Nebenprodukt der Schlachtabfallentsorgung der Firma Hunziker Food Recycling AG können künftig 3 000 Haushaltungen mit Ökostrom versorgt werden.

Noch was zum Thema Fusion (Kaltfusion):

Energie aus der Kernfusion (oder Verschmelzung) könnte zum Segen für die Menschheit werden. Als Brennstoff benötigt man dazu nicht, wie bei der Kernspaltung, das relativ seltene Uran oder Thorium, sondern es genügt Deuterium ("schwerer Wasserstoff"), von dem im Meer unzählige Tonnen vorhanden sind. Die Kernspaltung kann uns noch Jahrtausende ausreichen, die Fusion aber Jahrmilliarden.
Wichtiger ist aber, daß bei der Fusion viel weniger an radioaktivem Abfall anfällt und, anders als bei der Kernspaltung, keine große "kritische Masse" notwendig ist. Mit einer großen kritischen Masse kann es zu einem Niederschmelzen des Kerns kommen, das heißt, ein Kernreaktor kann außer Kontrolle geraten und nach unten durchbrennen. Die Fusion kann jeweils mit mikroskopisch kleinen Mengen an Deuterium durchgeführt werden. Selbst wenn es einem entwischt, kommt es nur zu einem verhältnismäßig leisen Knall, mehr nicht.
Mit der Fusion hat man einen reicheren Vorrat an energie, und vermutlich einen, der weitaus sicherer ist. Wenn es gelingt, die Verschmelzung technisch in den Griff zu bekommen, sind unsere energieprobleme gelöst - und zwar für immer!
Aber es gibt einen Haken (wann nicht?). Man sucht zwar schon seit jahren nach einer Lösung, gefunden hat man sie aber noch nicht. Das Problem besteht darin, daß man bei der Kernverschmelzung einen Atomkern in einen anderen eindringen lassen muß. Atomkerne sind aber alle positiv elektrisch geladen, und positive Ladungen stoßen sich ab.
Wenn wir uns also bemühen, Wasserstoffkerne zusammenzupressen, versuchen sie mit aller Kraft, sich aus dem Weg zu gehen. Wollen wir nun unseren Willen durchsetzten und den ihren brechen, müssen sie mit einem mächtigen Stoß zusammengedrückt werden. um dies zu erreichen, muß man den Wasserstoff so stark erhitzen, daß die Kerne sich sehr schnell bewegen (je höher die Temperatur, desto schneller die Bewegung) und ihnen keine Zeit mehr zum Ausweichen bleibt. Eine milde Wärme tut es nicht; notwendig sind mehrere 10 Millionen Grad.
Kernfusion findet im Zentrum der Sonne statt, wo die Temperatur 15 Millionen °C beträgt. Das Zentrum der Sonne ist dem Gewichtsdruck der äußeren Sonnenschichten ausgesetzt, was die Atome zusätzlich zusammenpreßt; die Temperatur und der Druck ergänzen sich hier in ihrer Wirkung.
Es gibt keine Möglichkeit, hier auf der Erde einen Druck zu erzeugen, wie er im Mittelpunkt der Sonne herscht, so müssen wir zum Ausgleich wenigstens die Temperatur weiter erhöhen. Man wird dabei vielleicht mehrere hundert Millionen Grad erreichen müssen. Bereits seit 35 Jahren versucht man, die Temperatur hoch genug zu treiben, aber bislang ist es noch nicht gelungen.
Gibt es vielleicht doch eine Möglichkeit, Kernfusion bei niedrigen Temperaturen durchzuführen? Ist eine wirklich kalte Kernverschmelzung völlig ausgeschlossen? Nicht unbedingt. Bei niedrigen Temperaturen wird der Kern jedes Wasserstoffatoms durch ein Elekton im äußeren Ring abgeschirmt. Durch die Elektronen können sich die Atomkerne nicht einmal nähern, geschweige denn miteinander verschmelzen.
Hier ist aber von gewöhnlichen Elektronen die Rede. Es existiert ein anderes Teilchen, ein sogenanntes Müon, das in jeder meßbaren Weise dem Elektron, genauer gesagt 207mal so schwer. Man weiß zwar nicht, wozu es da ist und warum es so viel schwerer ist als ein Elektron, wenn es ihm sonst in allen Punkten gleicht. Aber es existiert.
Ein Elektron gleicht ein Proton aus, den Kern eines gewöhnllichen Wasserstoffatoms. Ein Müon auch kann es also auch. Warum nich?
Es ist schließlich nur ein schweres Elektron. Dabei kommt ein müonisches Atom zustande. Aber das Müon ist 207mal schwerer als ein Elektron und umkreist den Kern somit auch 207mal näher. Ein müonisches Atom ist kaum größer als der winzige Kern selbst. Unter bestimmten Bedingungen kreist ein Müon sogar um zwei Wasserstoffkerne und bringt diese auch bei gewöhnlicher Zimmertemperatur sehr nahe zusammen.
Das ist insbesondere dann von großem Nutzen, wenn einer der beiden Wasserstoffkerne Deuterium ist und der andere Tritium (eine noch schwerere Form von Wasserstoff). Deuterium und Tritium verschmelzen sehr viel leichter miteinander als zwei Deuteriumatome, und wenn sie von einem Müon zusammengehalten werden, braucht man dazu nur gewöhnliche Raumtemperatur. Nach der Verschmelzung vertabschidet sich das Müon und umkreist anschließend ein anderes Paar von Atomkernen (Deuterium und Tritium). Ein Müon könnte im Durchschnitt die Verschmelzung von 150 Atomkernpaaren zuwege bringen.
Natürlich gibt es die üblichen Haken. Tritium ist radioaktiv und kommt in der Natur nur in Spuren vor. Man müßte es also künstlich herstellen, und das ist keine leichte Aufgabe. Eine noch heiklere Angelegenheit sind aber die Müonen. Künstlich erzeugtes Tritium zerfällt nach durchschnittlich zwölf Jahren. Müonen halten dagegen nur 2 Millionstel einer Sekunde; sie müßten laufend produziert werden. Und schließlich: Selbst 50 Verschmelzungen pro Müon reichen nicht aus; man wird Verfahren entwickeln müssen, um eine höhere Stückzahl zu erreichen. Diser Aufgabe widmet sich das Rutherford Laboratory im englichen Oxford.
Selbst wenn es gelingen sollte, die Temperatur so hoch zu treiben, daß sie eine konventionelle Fusion zuläßt: Ein kühlerer Weg würde sich auszahlen - sofern er zu finden ist. Auf lange Sicht wird er praktikalbler und viel billiger sein."

Das Hier konnte einen Fusionsreaktor auch kühlen :


Perfekte Kühlung

Beim größten Teilchenbeschleuniger der Welt - dem LHC - sorgen Stellungsregler von Siemens für die perfekte Heliumkühlung der riesigen Magneten.

Auf der Suche nach einem fundamentalen Baustein der modernen Teilchenphysik, dem so genannten Higgs-Boson, leistet Siemens einen kleinen, aber entscheidenden Beitrag: Das Unternehmen rüstet den größten Teilchenbeschleuniger der Welt mit speziellen Reglern aus, mit denen die riesigen Magnete des Large Hadron Collider (LHC) auf minus 271 Grad Celsius gekühlt werden können. Mit den Magneten entlang des 27 Kilometer langen Rings können atomare Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Wenn die Teilchen aufeinanderprallen, herrschen Bedingungen wie vermutlich weniger als eine Milliardstel Sekunde nach dem Urknall.

Siemens rüstet den größten Teilchenbeschleuniger der Welt - den Large Hadron Collider (LHC) - mit speziellen Stellungsreglern aus. Mit Hilfe dieser speziell entwickelten Regler lassen sich die riesigen Magnete auf minus 271 Grad Celsius abkühlen.

Von dem gigantischen Experiment versprechen sich die Forscher des europäischen Kernforschungszentrums CERN neue Erkenntnisse, die das heutige Verständnis der Materie und ihrer Wechselwirkungen betreffen. So soll mit dem LHC untersucht werden, weshalb Teilchen eine Masse besitzen und ob das Higgs-Boson existiert, das laut dem Standardmodell anderen Teilchen ihre Masse verleiht. Das Higgs-Boson konnte noch nicht nachgewiesen werden, weil bisher kein Teilchenbeschleuniger die nötige Energie aufbrachte. Nun soll der LHC, der in 110 Metern Tiefe auf der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich liegt, bislang unerreichte Energien erzeugen und damit eines der größten Rätsel der Physik lösen. Der Beschleuniger wird derzeit im CERN gebaut und soll 2007 in Betrieb gehen. Das CERN bei Genf ist der weltweit größte Forschungsstandort der Teilchenphysik. Für einige dort ausgeführten Experimente wurden bereits zwei Physik-Nobelpreise vergeben.

Die hoch präzisen Stellungsregler von Siemens ermöglichen die exakt gesteuerte Kühlung der mehr als 1600 Magnete. Nur im supraleitenden Zustand bei extrem tiefen Temperaturen erreichen diese die enormen Feldstärken, mit denen sie die Teilchen auf eine Kreisbahn zwingen. Die Zufuhr des nötigen Kühlmittels Helium regeln mehr als 1300 Kryoventile über die gesamte Länge des Speicherringes. Die Stellungsregler öffnen und schließen die Ventile dabei im genau richtigen Zeitpunkt, was entscheidend für unverfälschte Messdaten ist.

In unmittelbarer Nähe des Beschleunigers kann keine hoch integrierte Elektronik eingesetzt werden, da die feinen Strukturen der Speicher- und Mikroprozessoren von der energiereichen Strahlung zerstört werden. Daher entwickelte Siemens eine Version der Stellungsregler, bei denen die Elektronik in einiger Entfernung vom Speicherring und damit strahlungsgeschützt platziert ist.