Frage von Justin17407, 29

Wie wird die Energie der Kernfusion umgewandelt?

Zum einem heißt es, bei der Fusion wird Energie von wenigen MeV erzeugt, und dann noch, dass durch die Hitze Wasser verdampft wird und so durch einen Generator Energie erzeugt wird,

Stimmt beides überein, kann man das so verstehen, dass durch die erzeugte Energie quasi der Generator selbstständig auf diesen Temperaturen bleibt und so dauerhaft Wasser zum verdampfen bringt?

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 6

Bei der Fusion wird Energie in verschiedenen Formen freigesetzt. Das ist vor allem die kinetische Energie der alpha-Teilchen und der Neutronen sowie Strahlung. Pro Einzelreaktion werden 17,6 MeV freigesetzt.

Die Strahlung vernachlässigen wir unter dem Gesichtspunkt der Energieausbeute. Die bringt nichts.

Die kinetische Energie der alpha-Teilchen dient zur Temperaturerhöhung innerhalb des Plasmas, da sie durch das Megnetfeld im Inneren gehalten werden und dort über Stöße zur allgemeinen Temperaturerhöhung beitragen.

Vier Fünftel der Gesamtenergie, also 14,1 MeV, treten als Bewegungsenergie des freigesetzten Neutrons auf. Das kann durch das Magnetfeld nicht im Inneren gehalten werden, da es ja elektrisch neutral ist. Das wird mit der Reaktorwand aufgefangen und erwärmt diese. Von der Reaktorwand wird diese Wärmeenergie (genauer gesagt innerer Energie) abgeführt und zum Verdampfer transportiert. 

Bei den bisherigen Forschungereaktoren ist es leider noch so, dass mehr Energie zur Temperaturerhaltung aufgewendet werden muss, als an der Reaktorwand abgenommen werden kann.

Antwort
von Unkraut1401, 16

Ja, durch die bei der Fusion entstehende Hitze und Druck werden andere Teilchen zur Fusion gebracht usw. Das ist das Fusionsfeuer, wie es in der Sonne seit Millionen Jahren brennt, die Herausforderung ist nur, es im kleinen hier auf der Erde am Brennen zu halten, wenn es andauernd neu gestartet werden muss wird hierfür mehr Energie verbraucht, als hinterher wieder frei wird.


Antwort
von PhotonX, 7

Die freigegebene Energie von wenigen MeV bezieht sich auf auf die Reaktion von einem einzigen Teilchenpaar (oder auch mehr Teilchen, so viele wie eben in der Reaktionsgleichung stehen). In einem Reaktor reagieren aber sehr viel mehr Teilchen, sodass die insgesamt freigesetzte Energie um viele Größenordnungen höher ist als wenige MeV.

Kommentar von Justin17407 ,

Das war auch nur auf das einzelne bezogen, dass dort ETWAS mehr Energie frei wird als wenige MeV, dachte ich mir schon :D
Aber danke

Antwort
von ulrich1919, 17

Zweiter Absatz Deiner Frage: NEIN. Ich möchte hier kein Lehrbuch über Kernfusion schreiben, aber nur stark vereinfacht einige Grundbegriffe bieten:

1) Im Reaktor verläuft die Fusion, grob gesagt, von schweren Wasserstoff zu Helium. Die Reaktion ist exotherm (Wärmefreisetzung) und läuft bei extrem hohen Temperaturen ab. (weit über zehn Million Grad)

2) Die entstehende Wärme wird durch einen Wärmeträgerstoff aus dem Reaktor ausgetragen.

3) In einem Wärmetauscher wird die Wärme-Energie auf Wasser übertragen, so dass Hochdruck-Heißdampf entsteht.

4) In einer Dampfturbine expandiert der Wasserdampf und erzeugt mechanische Energie (Rotation).

5) Im Generator wird die Rotation in elektrische Energie umgewandelt. Der Generator wird also nicht sehr heiss. Eine gute Kühlung leitet die Verlustwärme ab, die durch den starken elektrischen Strom entsteht.

6) Der Abdampf aus der Turbine wird in einem Kondensator zu Wasser kondensiert. Die Kondensationswärme wird durch enorme Mengen an Kühlwasser abgeführt und oftmals über Kühltürme an die Umgebung abgegeben.

Mehr findest Du in entsprechenden Lehrbüchern oder mit etwas Glück in Wikipedia.

Kommentar von Justin17407 ,

Erstmals, vielen dank, das war sehr präzise erklärt und hat mir definitiv weiter geholfen, jedoch besteht weiterhin eine Frage meinerseits:
Einerseits heißt es, die freigesetzten schnellen Neutronen wären für die Energie verantwortlich, andererseits jedoch heißt es, die überschüssige Energie, also die MeV die ebenfalls bei der Fusion freigesetzt werden würden die Energie erzeugen;
Wie muss ich das jetzt verstehen?

Kommentar von ulrich1919 ,

Hier liegen noch einige Missverständnisse sprachlicher Natur vor.

Erstens ist ein Neutron nicht ,,verantwortlich". Nur ein Mensch kann ,,verantwortlich" sein.

MeV (Mega-Elektronvolt) kann keine Energie erzeugen, sondern ist eine Messgrösse für die Energie, wie kWh oder Joule.

Die Energie wird erzeugt, durch den Zusammenprall der Schwerwasserstoffkernen zu Heliumkernen. Dabei wird etwas Massa in Energie verwandelt (Einstein: E=mc2)  Die entstandene Energie ,,beschleunigt" die Neutronen und wird pro Teilchen in MeV gemessen.

Besser kann ich es auch nicht erklären. (Ich bin kein Atomforscher)

Antwort
von Richard30, 9

Ich weiss nicht genau was du meinst, aber im Prinzip funktioniert das wie bei anderen Kraftwerken: Eine Energiequelle überträgt die Energie in Form von Wärme auf Wasser, welches zu Dampf wird und ne Turbinne antreibt.

Wenn alles funktioniert, sollte die Fusionsreaktion sich selbst am laufen erhalten (Bei Stellarator und Tokamak Design), solange er mit Brennstoff beliefert wird.

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