Ja, genau das ist Kernfusion. Wenn zwei leichte Wasserstoffatomkerne zu einem Heliumkern verschmolzen werden, wird lustiger Weise Energie freigesetzt. Genauso, wie wenn man deutlich größere Kerne in kleine zerbricht.
Die beiden großen Risiken von Atomkraftwerken bleiben glücklicher Weise aus. Zum einen ist da die Gefahr der unkontrollierten Kettenreaktion. In einem Atomreaktor befindet sich stets eine große Menge spaltbares Material, eine sogenannte überkritische Masse. Das ist zwingend notwendig, damit die Kettenreaktion überhaupt in Gang kommt. Bei fehlerhafter Regelung der Kettenreaktion kann es zu einem exponentiellen Anstieg der Aktivität kommen. Schlimmstenfalls zerfetzt die explosionsartige Verbrennung das Gebäude, und radioaktives Material gelangt in großen Mengen in die Atmosphäre.
Fusionsreaktoren benötigen keine kritische Masse. Man speist den Reaktor mit gerade soviel Wasserstoff, wie gerade benötigt wird. Wenn man den Hahn abdreht, ist der Reaktor aus.
Das zweite große Problem von Atomreaktoren ist die Endlagerung. Große Mengen radioaktiven Materials müssen für Jahrmillionen sicher gelagert werden. Bei Fusionsreaktoren treten auch kleine Mengen radioaktiven Materials auf. Die Wände des Reaktors werden nämlich die ganze Zeit von sehr schnellen Elementarteilchen beschossen, was die Materie verändert. Die dabei entstehenden Nuklide sind jedoch so kurzlebig, dass sie binnen weniger Jahre Lagerung von alleine verschwinden.
Nein, die elektrische Bilanz ändert sich im ITER nicht. Bei der Fusion wird im Wesentlichen ein Neutron produziert, welches die Plasmafalle verlassen kann und mit viel Kawumms in die Wand des Reaktors jagt. Diese wird heiß und kann klassische Turbinen antreiben.
1Deuterium+1Tritium --> 1 Helium + 1Neutron
Das Tritium ist übrigens eines der großen Probleme bei der Kernfusion. Es kommt in der Natur (praktisch) nicht vor, und muss bis jetzt in konventionellen Atomreaktoren erbrütet werden.
Das mit der "elektrischen Bilanz" war ja auch nur gemeint, wenn es lediglich Atomkerne gewesen wären, die man eingesetzt hätte. Wenn es ganze Atome wären, sieht es da natürlich schon anders aus. Dass allerdings die Differenz Bindungsenergie nicht genutzt wird, verwundert mich etwas und um dieser Verwunderung die Krone aufzusetzen, wird dann auch noch Tritium eingesetzt, wodurch man dann doch auf Kernspaltungsreaktoren angewiesen ist. Ich meine: Deuterium ist schon selten genug in der Natur vorhanden und (wie Du richtig bemerkst) Tritium in der Natur gar nicht vorkommt: In Bezug auf die Häufigkeit in der Natur prozentual auf alle Wasserstoffatome gibt es einen interessanten Link zu Wikipedia, welcher auch andere Details zu den Wasserstoffisotopen (aber auch Heliumisotopen) aufzeigt: http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Isotope/1._Periode
Deuterium-Deuterium-Reaktionen scheinen einen sehr kleinen Wirkungsquerschnitt zu haben, weshalb deutlich höhere Temperaturen nötig wären. Die Forschung scheint aber darauf abzuzielen, entweder mit den Temperaturen höher zu kommen, oder aber Tritium gleich im Fusionsreaktor zu erbrüten.
Ich glaube nicht, dass man die Elektronenbindungsenergie irgendwie sinnvoll nutzen könnte. Während des Betriebs ist ja eh alles Plasma, und die Elektronen und Rümpfe koexisiteren friedlich, ohne dass sie sich gegenseitig groß beeinflussen würden. Außerdem sind die Bindungsenergien mit ein paar eV gegenüber den MeV pro Kernfusion eher klein.
Wenn schon enorm hohe Temperaturen und vielleicht auch entsprechend hohen Druck, warum dann nicht gleich die Kernschmelze von 4 Protiumatomen (um dahingehend eindeutig zu sein) zu jeweils einem He4-Heliumatom? Dadurch hätte man ein Energieäquivalent von vier Elektronen (eigentlich zwei Elektronen und zwei Positronen, was aber im Masse-Energie-Äquivalent identisch sein dürfte) je Kernfusionsreaktion. Im Übrigen meinte ich nicht die Elektronenbindungsenergie, sondern die Kernbindungsenergie und man muss auch nicht Megaelektronenvolt je Reaktion bei jeweils einer Reaktion herausholen wollen, sondern es geht um die Menge. Zu Protium und dem erwähnten Heliumelement empfehle ich auch hier den erwähnten Wikipedialink, bevor dahingehend wieder ein Einwand oder Vorwurf folgt: http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Isotope/1._Periode
Hi Kirk, ich hoffe, du liest das hier noch. Ich habe endlich das Diagramm gefunden, das ich gesucht habe: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fusion_rxnrate.svg Es zeigt, dass man für D-D-Reaktionen die hundertfache Temperatur braucht wie für D-T-Reaktionen. Ich glaube, da kann man ganz gut nachvollziehen, dass man ohne Tritium leider nicht auskommt. Gruß, Bernte
Danke für den Link, aber hundertfache Temperatur ist doch etwas übertrieben, wie mir scheint Dummerweise reicht aber die Darstellung nicht aus, um ein Maximum der D-D-Reaktionskurve zu erkennen, da diese auch am Ende des KeV/Temperaturbereiches noch ansteigt, was etwa einem 15fachen des Maximum der D-T-Reaktion entspricht, aber auch nicht viel mehr. Schade finde ich bei diesem Koordinatensystem dass die Kernfusion von 4 Protiumatomen zu einem Helium-4-atom nicht mit angegeben ist. Immerhin reicht die Temperatur-Skala bis auf 10 Milliarden Grad Kelvin bzw. aus Celsius denn der Unterschied dürfte hier echt vernachlässigbar sein. Soweit ich mich recht entsinne, habe ich gelernt, dass aus vier Protiumatomen ebenfalls ein Herlium-4-Atom entsteht, was aus dem Wikipedia-Artikel leider nicht hervorgeht: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion#Stellare_Kernfusion