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Physik Kernkraftwerk?

Könnte sich jemand meinen Text über die Funktionsweise eines Kernkraftwerks und über die Energieumwandlungen anschauen, also ob ich das alles richtig verstanden habe? Danke!

Ein Kernkraftwerk setzt sich aus einem Reaktorgebäude, einem Maschinenhaus und einem Kühlturm zusammen. Im Reaktorgebäude befindet sich ein Reaktordruckgefäß, in dem die Kernspaltung von Uran-235 stattfindet. Dazu gibt es Brennelemente mit Kernbrennstoffen, die aus einem Gemisch aus Uranisotopen bestehen. In einem Brennelement befinden sich Brennstäbe. Wenn dann eine Kernspaltung entsteht, werden Neutronen mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeschieden. Diese müssen abgebremst werden, um eine neue Kernspaltung hervorzurufen. Dazu ist das Wasser da, das als Bremssubstanz dient, da die Wassermoleküle schneller werden und die Neutronen dran stoßen und ein Teil ihrer Bewegungsenergie in thermische Energie umgewandelt wird. Es gibt auch Regelstäbe aus bspw. Cadmium, die die Neutronen auffangen, damit die Kettenreaktion gestoppt wird. In einem Kernkraftwerk gibt es drei verschiedene Wasserkreisläufe. Den primären Kreislauf, sekundären Kreislauf und den Kühlkreislauf. Werden Urankerne gespalten, entsteht durch die Kernenergie thermische Energie, die auf das Wasser übertragen wird und erhitzt wird und das Wasser geht dann über die Rohrleitungen in den Wärmetauscher, wo das Wasser darin erhitzt wird und Dampf gebildet wird. Das Wasser im primären Kreislauf fließt dann wieder zurück in das Reaktordruckgefäß. Der Dampf geht dann im sekundären Kreislauf in eine Turbine, die durch die thermische Energie (Dampf) angetrieben wird und diese treibt dann mithilfe der Bewegungsenergie den Generator an, der es dann in elektrische Energie umwandelt. Der Rest des Dampfes gelangt in den Kondensator. Der Dampf wird dann vom Kühlkreislauf in den Kühlturm geleitet, wo dann Wasserdampf austritt und Wasser dann von einem Fluss zurück in das Reaktordruckgefäß befördert wird, damit das Kernkraftwerk nicht überhitzt wird und es weiter mit der Kernspaltung gehen kann. 

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Bleibt die Kernfusion eine Utopie der Menschheit?

Das was auf der Sonne passiert, will man auf der Erde nachstellen. Die Sonne benötigt nur 15 Millionen Grad bei etwa 250 Millionen bar, um die Fusion zu starten. Da wir diesen Druck niemals nachstellen können, brauchen wir deutlich höhere Temperaturen von mehr als 100-150 Millionen Grad. Alles soweit bekannt.

Auch, dass wir Deuterium und Tritium verwenden, um es zu erreichen. Wir versuchen uns mit Tokamak, mit Stellarator, sprechen über Lawson-Kriterium, Lamaradius, über magnetische Einschlüsse im Tokamak. Man spricht über Trägheitsfusion, Laserfusion, Pellets und wie man diese bauen möchte. Es kommen Hochtemperatur-Supraleiter zum Einsatz, es fallen Begriffe wie Field-Reverse-Configuration, es gibt a-neutronische Ansätze, also ohne freie Neutronen, weil die ja womöglich immer irgendwie Ärger produzieren, wenn die wogegen hauen und radioaktive Isotope produzieren. Versuche, mit Protonen auf Bor11 zu schießen, um dann drei Alpha-Kerne zu erzeugen...

Lohnt sich das? Ist es der Heilsbringer? Im Moment geben wir Milliarden aus für Fusionsforschung und es wird behauptet, es sei sauber und problemlos. Was nicht der Fall ist. Mit welchen Mengen an Abfällen müssen wir rechnen? Mit welcher Form von aktivierten Material ist zu rechnen und wie sind die Halbwertzeiten? Wie wäre das zu lagern?

Seit über 60 Jahren forschen wir, dennoch ist bisher nichts wirklich Weltbewegendes dabei herumgekommen. Wir sind noch Jahrzehnte von einem Versuchsreaktor entfernt. Von einer kommerziellen Nutzung noch weiter. Gut, wir verbrauchen keine fossilen Brennstoffe bei Kernfusion. So weit, so gut. Deuterium ist kein Problem, haben wir genug in den Ozeanen. Tritium ist schon eher ein Problem. Radioaktiv, geringe Halbwertzeit von 12 Jahren. Aber ein Betastrahler.

Kein Mensch kann aktuell sagen, was eine Kilowattstunde Fusionsstrom kosten würde. Doch es ist anzunehmen, dass bei den hohen Investitionskosten und den komplizierten technischen und physikalischen Prozessen vor, während und nach der Kernfusion, Fusionsenergie deutlich teurer als erneuerbarer Strom wäre. Hinzu käme ein noch größerer Ausbau der Übertragungsnetze zu Lasten der Umwelt.

Mit anderen Worten...

bisher nichts wirklich erfolgreiches. Vielleicht Erfolg versprechende Konzepte, aber keines bringt die Temperatur, keines schafft es mehr Energie zu erzeugen als hineingesteck wird.

Sollten wir uns, last but least, nicht anderen Möglichkeiten zuwenden?

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Kleines Gedankenexperiment: welche Energie-Reihenfolge macht am meisten Sinn?

Ich denke die fossilen Brennstoffe waren ein willkommener Start für die Menschheit, man sollte sich aber aufgrund zahlloser Gründe davon wegbewegen.

Übergangsweise ist Solar- und Windenergie (sowie thermale Energie aus dem Erdboden) perfekt geeignet um unseren Energiebedarf abzudecken, ohne dem Planeten, der Biodiversität sowie den Menschen und Tieren Schaden zuzuführen. Ich denke Wind- und Solarenergie alleine reicht um ein vielfaches des weltweiten Energiebedarfs abzudecken, sobald alles adequat ausgebaut ist (adequat stelle ich hier gleich mit keine indirekten Negativauswirkungen für Mensch und Natur).

Langfristig und Super-Langfristig sollte der Mensch dennoch Kernfusion erforschen, anwenden können und praktikabel machen. Es ist eine, sobald etabliert, perfekte und hypermoderne Form der Energiegewinnung. Wir werden unabhängig von fossilen Brennstoffen, Windstärken und Sonnenstrahlen.

Einerseits haben wir dadurch einen besseren Katastrophenschutz; angenommen durch einen Vulkanausbruch wird die Erdatmosphäre verdunkelt und Sonnenlicht kommt nicht genug durch.

Super-Langzeit technisch wird Kernfusion interessant, sollte unsere Sonne in der extrem fernen Zukunft den Geist aufgeben (angenommen Dyson Swarms und Starlifting werden nicht längst das Problem kompensiert haben).

Was denkt ihr?

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Wird die Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung oder Kernfusion gleichzeitig höher und niedriger?

Hallo, in der theoretischen Kernphysik wird die Bindungsenergie (pro Nukleon) nach einer Kernspaltung oder Kernfusion von Atomkernen ja niedriger weil die Differenz der Gesamtenergie von den zwei Ausgangskernen (in der Fusion) oder dem Ausgangskern (bei der Spaltung) und ihren Produkten ja immer größer wird (Das gilt nur wenn mehr Energie freigsetzt wird als aufgewendet).

Das hier ist ein Graphen zu der Bindungsenergie in der theoretischen Kernphysik. (Die Bindungsenergie ist hier natürlich negativ weil es ja die Differenz der Gesamtenergie von den einzelnen Nukleonen und den Atomkernen zeigt.

In der praktischen Kernphysik ist die Bindungsenergie jetzt aber die Energie, die man benötigt um einen Atomkern in seine einzelnen Nukleonen zu zerlegen. Jedoch wird hierbei die Bindungsenergie nach einer Spaltung oder Fusion von Atomkernen höher.

Hier ist ein Graphen der die Bindungsenergie in der praktischen Kernphysik zeigt (Bindungsenergie wird mit Spaltung oder Fusion höher)

Ein Beispiel jetzt nochmal: Wenn wir jetzt z.B. bei der Kernfusion zwei Atomkerne verschmelzen dann könnte man ja sagen, dass die Bindungsenergie bei der Fusion freigesetzt wird (die Bindungsenergie wird niedriger, wie in der theoretischen Kernphysik). Dadurch wird die Stabilität der Atomkerne jedoch höher, weil die einzelnen Nukleonen ein günstigeres Energieverhältnis haben was wiederum heißt, dass die Bindungsenergie höher wird. (mehr Stabilität = mehr Energie benötigt um den Kern in die einzelnen Nukleonen zu zerlegen (praktische Kernphysik))

Damit heißt es ja, dass die Bindungsenergie höher und niedriger zugleich wird oder?

Wenn das so wäre, dann wäre ich sehr irritiert. Kann mich jemand aufklären?

Danke im Voraus!

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Wie entsteht bei Kernfusion Energie?

Wenn ich das richtig verstanden habe:
wird Energie frei, wenn zwei Elemente zu einem leichteren verschmelzen (Kernfusion), da hierbei die Bindungsenergie freigesetzt wird.

Doch nun hat mich diese Quelle hier verwirrt:

Daher wird Energie frei, wenn schwere Elemente gespalten werden und leichtere Elemente entstehen. Diese Kernreaktion ist die Grundlage der Spaltungsreaktoren, kurz: der Atomreaktoren. Im umgekehrten Fall, wenn aus Kernen, wie dem Wasserstoff, durch Fusion schwerere Kerne gebildet werden, wird auch Energie frei. Besonders deutlich ist der Unterschied in der Bindungsenergie pro Nukleon zwischen den beiden Wasserstoffisotopen Deuterium,  D, (ein Proton und ein Neutron) oder Tritium,  T, (ein Proton und zwei Neutronen) und Helium,  4 He. Der Prozess, bei dem diese beiden Wasserstoffisotope zu Helium verschmelzen, soll die Grundlage zukünftiger Fusionsreaktoren werden. - https://www.dpg-physik.de/dpg/gliederung/fv/p/info/grundlagen_fusion.html?print=true

Aber warum sagen sie hier, dass bei Kernfusion ein schwererer Kern gebildet wird als die Elemente zusammen. Ich beziehe mich hierbei auf deren genanntes Beispiel:

Jedoch, wenn ich es nachrechne:

Deuterium (2,01410175u) + Tritium (3,0160495u)
= 5,03015125u
und 5,03015125u > Helium (4,002602u)

Helium ist doch also leichter als Deuterium und Tritium zusammen.

Außerdem stellt sich mir noch die Frage: In welcher Form existiert diese Energie. Bei dem Bild sieht es so aus, als wäre es ein festes einzelnes Neutron aber ich habe in einigen Quellen gehört, dass die Energie Strahlung sein müsste.

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