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Kernfusion per TOKAMAK. Eine Totgeburt?

 
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Mo Mai 16, 2011 7:07 pm    Titel: Kernfusion per TOKAMAK. Eine Totgeburt? Antworten mit Zitat

Ich hab früher immer Kernfusion für die Lösung der Zukunft gehalten. So wird es einem auch schon seit Jahrzehnten von den Medien kommuniziert.
Doch stutzig macht es einen schon, dass es einfach immer heisst: "In 50 Jahren, sind wir soweit". Das haben Sie aber schon vor einige Dekaden behauptet...
Als ich mich nun etwas kritischer über das Thema informiert habe, bin ich ganz schön desillusioniert worden. Man kann eigentlich nur zum Schluss kommen, dass das, was die Medien kommunizieren, schlicht nicht stimmt und so ein völlig falsches Bild in der breiteren Bevölerung herrscht zum aktuellen Forschungsstand bzgl Kernfusion.

Da ich das selbst sehr interessant fand, mach ich Mal eine kleine Zusammenfassung der Probleme.
Hier wird immer von der TOKAMAK-Methode ausgegangen, nicht von Farnsworths IEC-Methode.

Es gibt grob gesagt 3 grosse Probleme bei der Kernfusion:

1.) Man muss es schaffen, die Fusion zu starten und zu erhalten und diese sollte dann mehr Energie abgeben als benötigen. Denn ein kommerzieller Reaktor braucht einen nahezu ständigen Betrieb. Das Problem dabei: Die gebildeten Helium-Kerne müssen irgendwie aus dem Plasma raus, da sonst die Tritium-Dichte zu klein wird und die Fusion aufhört, gleichzeitig hat man mit Plasma-Instabilitäten zu kämpfen, welche man ständig ausgleichen muss. Zudem muss die Energie die für die Fusion aufgebracht wird kleiner sein, als das was rauskommt. Beides hat man bis heute noch nicht geschafft. Man hat es geschafft maximal für ein paar wenige Sekunden die Fusion aufrecht zu erhalten und man hat es noch nie geschafft einen yield über 1 zu bekommen.
Genau hier setzt ITER an: In ITER soll versucht werden die Fusion für 400s aufrecht zu erhalten und ein yield von 10 erzielt werden. Mit yield ist hier die rein thermische Ausgangsleistung gemeint, denn ITER hat keinerlei Vorrichtungen zur Stromproduktion. Nach der Meinung vieler Wissenschaftler, ist das bereits ein echter Durchbruch, wenn man diese 400 Sekunden schafft. Naja. Sei's drum.
Versuchreaktoren hatten bereits jetzt grosse Probleme mit der Strahlung und der damit verbundenen Materialbeeinträchtigung, obwohl diese viel geringer war, als bei ITER geplant. Mal schauen was rauskommt.

2.) Da kommen wir schon zum 2. Problem. Wie schon erwähnt ist die Neutronenstrahlung in so einem Reaktor extrem hoch. Es gibt bis Heute keine Möglichkeit die Reaktion auf ein Material zu testen mit solch einer starken Neutronenstrahlung, weil man diese schlicht nicht herstellen kann, ausser in einem entsprechenden Fusions-Reaktor...(da beisst sich die Katze in den Schwanz).
Das ganze noch schwieriger macht die Tatsache, dass der erste Behälter (indem die Fusion staffindet) dünn sein muss, um die Neutronen nicht zu stark zu beeinflussen.
Fazit: Man kennt bis heute kein Material, welches diese Bedingungen über einen längeren Zeitraum (als Kraftwerk) aushalten würde...

3.) Der Fusionsreaktor braucht Tritium. Das kommt aber in der Natur nicht vor. Heute wird Tritium in Schwerwasser-Reaktoren hergestellt. Davon gibt es aber nur ganz wenige auf der Welt. Und selbst die Jahresproduktion würde nie reichen um genügend Tritium zu bekommen um einen einzigen Fusions-Reaktor zu betreiben (von den Kosten Mal abgesehen). Man könnte in einem Kernspaltungs-Reaktor vermehrt Tritium produzieren, wenn man Lithium-Stäbe einsetzt, das macht bis jetzt aber niemand. Also nochmals kurz: Der Brennstoff für die Fusionsreaktoren muss von Kernspaltungs-Reaktoren hergestellt werden! Das ist ja Mal 'ne Lösung...
Deshalb muss ein kommerzieller Reaktor (schon alleine aus Kostengründen) sein Tritium selbst erbrüten können. D.h. der Reaktor braucht zwar eine Startladung, kann aber von dann an selbst weiteres Tritium herstellen. Dazu wird Lithium(6) mit Neutronen beschossen.
Der Vorgang in Kürze.
Die Neutronen entstehen bei der Fusion. Diese müssen nun zuerst durch die Wand des Fusionsbehälters, möglichst ohne Beeinträchtigung (deshalb muss die Wand dünn sein). Nun müssen die Neutronen durch einen "Neutronenvervielfacher" (Beryllium). Jetzt müssen die Neutronen an ein Medium ein Teil Ihrer Energie abgeben können (für den Generator, zur Stromerzeugung). Das muss aber so geschehen, dass die Neutronen dabei nicht absorbiert werden. Nun können die "gebremsten" Neutronen auf das Lithium knallen und Tritium freisetzen.
Nun haben wir hier noch weitere Probleme:
1.) Das Medium kann nicht sehr heiss gemacht werden, da das Lithium keine hohen Temperaturen verträgt. D.h. Es sind kleinere thermische Wirkungsgrade zu erwarten als bei heutigen Spalt-Reaktoren.
2.) Tritium ist chemisch sehr reaktiv, genau wie Lithium. Man muss nun irgendwie verhindern, dass das frisch gebildete Tritium mit dem Lithium chemisch reagiert.
3.) Man muss das Tritium irgendwie aus dem Lithium bekommen und in die Fusionszone bringen. Hier ist zusätzlich zum Hauptproblem, ein zusätzliches Problem auch noch, dass Tritium sehr leicht durch Wände durchdiffundiert...

Bei den Punkten 2 und 3 hat man bis heute eigentlich keine brauchbaren Konzepte, wie man das überhaupt praktisch machen soll.

Dazu kommt, dass unterm Strich mehr Tritium produziert werden muss, als verbrannt wird, weil Tritium eine relativ kurze Halbwertszeit hat und das Verhältnis im Reaktor von reagierendem Tritium zu vorhandenem Tritium sehr schlecht ist. Heute ist man immerhin soweit, dass man in "Computer-Simulationen" es gerade so schafft, den benötigten Faktor zu bekommen. Diese Simulationen berücksichtigen aber noch nicht die vielen Verluste, die man zwangsweise haben wird (z.B. Neutronen, welche in die Reaktor-Haltestruktur knallen, oder Tritium, welches eben nicht aus dem Lithium geholt werden kann, etc.)

In der Praxis müsste man sogar noch einen höheren Faktor haben, um noch zusätzliches Tritium brüten zu können, um einen neuen Reaktor damit beschicken zu können, wenn man nicht immer auf Spalt-Reaktoren angewiesen sein will. Oder um den Tritiumverlust bei längeren Wartungsarbeiten auszugleichen...

Dazu kommen noch einige andere Probleme, welche gegen einen praktischen Betrieb sprechen:
* Z.B. wird Tritium für H-Bomben verwendet. D.h. man muss sicherstellen, dass dieses Tritium nicht in die falschen Hände gerät.
* Tritium verhält sich wie Wasserstoff. Es wird also weitläufig überall schnell eingebaut. D.h. aus Verstrahlungssicht bei einem Unfall (bei Austritt in die Umwelt) ist das sehr gefährlich für den Menschen. Wenn auch die Gesamtmenge sicherlich nur wenig ist im Vergleich zu einem Spaltreaktor.
* Der Lithium-Mantel, wie auch die Wand der Fusionskammer, müssen alle paar Jahre (manche sprechen von 1-2, andere bis 5 Jahre, kommt eben darauf an, wie denn wirklich ein finales Reaktordesign aussieht, welches überhaupt funktioniert) komplett ausgewechselt werden. Da der Mantel innerhalb der Supraleiter sein muss, muss man dafür fast zwangsläufig den halben Reaktor auseinandernehmen. D.h. das ist eine sehr zeitaufwändige Sache (schiesslich ist die ganze Umgebung stark radioaktiv), bei der man mit 0.5-1 Jahr rechnet...Das ist schon viel Ruhezeit, für einen kommerziellen Reaktor. Kommt dazu, dass während dieser Zeit wieder etwas an wertvollem Tritium verloren geht...
* Auch ein Fusions-Reaktor erzeugt Atommüll. Was genau für welchen ist abhängig von verschiedensten Parametern: z.B. was für Materialien werden verwendet, wie stark ist die Neutronenstrahlung, etc.
Da man hier erstens noch nicht weiss, wie ein finaler Reaktor aussehen soll und wie genau die Materialien reagieren, kann man hier noch nicht sagen, was genau für Elemente gebildet werden. Es ist jedoch zu vermuten, dass es kurzlebigere Elemente sind, als bei der Kernspaltung, welche "nur" Halbwertszeiten in der Grössenordnung von 10-100 Jahren haben.
Aber die Mär von keinem Atommüll stimmt definitiv nicht!

Bzgl der 50 Jahresprognose. Wenn man heute den Zeitplan ansieht, dann ist es offensichtlich, dass dieser unrealistisch ist. Denn z.B. kann man den Nachfolger des ITER (den DEMO) erst bauen, wenn man die entsprechenden Erfahrungen bei ITER gesammelt hat. Zudem geht man zurzeit davon aus, dass man das Lithium-Blanket-Problem schon irgendwie löst und dafür keine Zeit braucht. Genau wie für die anderen Probleme...Sehr unrealistisch. Ein realistischerer Zeitansatz währen wohl so gesehen eher 100 Jahre...
Die generelle Frage wäre dann noch, ob die Probleme überhaupt gelöst werden können. Speziell beim Lithium-Blanket-Problem haben einige Wissenschaftler berechtigte Zweifel, ob dieses überhaupt gelöst werden kann.

Wenn man sich all dies ansieht, und dann noch die Kosten und das Timing, dann komme zumindest ich zum Schluss, dass Kernfusion per TOKAMAK eine Totgeburt ist. Das ist niemals konkurrenzfähig zu Solarstrom (erst recht in 100 Jahren).
Ist aber nur meine Meinung.


Zuletzt bearbeitet von Sowasaberauch am Di Mai 17, 2011 9:25 am, insgesamt einmal bearbeitet
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Fefferl



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Beiträge: 254

BeitragVerfasst am: Mo Mai 16, 2011 8:43 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Klasse! Da machen die Macher wieder den gleichen Fehler wie bei der "normalen" Atomenergie: Zuerst bauen und dann darüber nachdenken, wie man den Müll beseitigen kann....

Da kann man doch wirklich nur hoffen, dass noch andere Durchbrüche in der Energiegewinnung gemacht werden wie z. B. bessere Solarzellen, kalte Fusion oder was weiß ich.
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Sowasaberauch



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Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Di Mai 17, 2011 9:40 am    Titel: Antworten mit Zitat

Naja, ehrlich gesagt ist für mich der zu erwartende Atommüll bei den Fusions-Reaktoren noch das kleinste Problem (eine Art Luxus-Problem). Im Vergleich zu den heutigen Spalt-Reaktoren ist der Atommüll ja wirklich bescheiden. Und man benötigt kein Endlager...

Mich hat vor allem desillusioniert wie weit weg man eigentlich von einer praktischen Lösung ist, ja dass man gewisse grundlegende Probleme noch gar nicht angegangen hat und bis jetzt keine Ahnung hat, wie man diese Probleme überhaupt praktisch lösen soll.
In den Medien wird einem immer nur kommunziert, dass man ja eigentlich soweit wäre, man jetzt noch einen Testreaktor bauen muss (den ITER). ITER ist aber eben kein Test-Reaktor eines späteren richtigen Kraftwerkes, sondern nur ein Reaktor um zu verifizieren, ob man es tatsächlich schafft einen yield von 10 und 400 Sekunden Brenndauer zu schaffen. Ob das möglich ist, weiss nämlich eben niemand. Es wird vermutet dass mit der Grösse der Anlage die Fusion einfacher wird, ob das stimmt, genau das will man mit ITER prüfen. ITER ist also nur eine radikal abgespeckte Variante eines "richtigen" Reaktors. ITER hat z.B. eben kein Lithium-Blanket. Später soll dann eben der DEMO gebaut werden, um einen richtigen Betrieb zu testen. Aber wie man an dem gesagten schon sieht, wird DEMO noch viel teurer werden als ITER.

Ich komme dann eben schlicht zu dem Fazit, dass sich so eine Anlage in der Zukunft nie rechnen wird, im Vergleich zu der erneuerbaren Konkurrenz, welche sogar gänzlich ohne irgendwelche Radioaktivität auskommt und welche meist nur minimale Wartungsarbeiten benötigt...
Das hat mich schon ein wenig desillusioniert.

Wenn die Fusion Zukunft hat, dann IMHO nur mit dem IEC-Ansatz. Auf diesem Gebiet wird aber praktisch fast nicht geforscht...
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rue



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BeitragVerfasst am: Di Mai 17, 2011 11:58 am    Titel: Antworten mit Zitat

Zu Letzterem gibt es eine beachtliche Bastler-community:

www.fusor.net

Da haben es doch einige Leute tatsächlich geschafft eine Do it yourself-Fusion in Gang zu bringen.
Leider nur als Demo-Variante, meilenweit davon entfernt nur ein bischen Nutzenergie zu erzeugen.
_________________
mfG Rüdiger
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Dodes



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BeitragVerfasst am: Di Mai 17, 2011 5:40 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hey,

mal wieder ein interessantes Thema hier Wink

Das die Wissenschaft schon seit Jahrzenten Milliarden Fördergelder
in diesem Bereich verbruzelt weiß ja jeder, aber das die Ergebnisse
grade mal eine etwas leistungsstärke Xenon Birne abgeben,
war mir neu Cool

Vieleicht hätten wir mit den geflossenen Fördergeldern lieber erstmal
den ganze irdischen Atommüll in die Sonne schießen sollen, könnte
das bitte mal jemand ausrechnen wieviel Kg Atommüllmasse für dieses
Geld ins All hätte geschossen werden können Rolling Eyes

Nun ja, weg ist die Kohle, aber es gibt neben den gewöhnlichen
Fusionsreaktoren auch noch andere Varianten in der Erkundung,
womit ich auf den folgenden Artikel zu dem Thema verweisen
möchte:

PDF Artikel aus Spektrum der Wissenschaft Mai 2010

Na wie ging der Spruch noch gleich:

,, Lieber den Spatz in der Hand, als die Taube auf dem Dach''

In diesem Sinne, die besten Grüße

Dodes
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Sowasaberauch



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Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Di Mai 17, 2011 7:02 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank für den Artikel.

Schöne Zusammenfassung darin. Dies bestätigt also leider mein Bild, welches ich mir so zusammengesetzt habe...

Aber dieser Bericht lässt eigentlich auch ernsthafte Zweifel an der Laser-Variante aufkommen...

BTW: Viel Atommüll hättest Du da nicht ins All schiessen können. Jedenfalls im Vergleich zu den Tausenden Tonnen Abfall weltweit...

Interessant ist ja, dass die meisten Wissenschaftler Heute davon ausgehen, dass in der Sonne eine Kernfusion stattfindet. Nur sprechen einige Beobachtungen schwer dagegen...
Alfvén hatte da eine andere Theorie, welche die Beobachtungen viel besser (und vor allem einfacher) erklärt: Eine elektrische!

Doch leider hatten Alfvéns Theorien schon immer einen schweren Stand. Er wurde immer ignoriert und ausgelacht. Doch jedesmal wenn man tatsächlich Messungen gemacht hat, hat man festgestellt, dass er in diesem Punkt Recht hatte...Ich persönlich glaube jedenfalls eher, dass Alfvéns Theorie korrekt ist, als diese quere Fusions-Theorie der meisten heutigen Wissenschaftler.
Aber das ist ein anderes Thema...
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Artur_X



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BeitragVerfasst am: Di Mai 17, 2011 7:30 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Telepolis hat sich neulich über die politische Seite der Sache geäußert :

http://www.heise.de/tp/artikel/34/34128/1.html

Das muss man mit der technischen Seite zusammen sehen. Insgesamt ergibt sich der Eindruck, dass die teure, komplizierte und schwer beherrschbare Technik aus dem Grund betrieben wird, um für einen elitären Kreis Pöstchen zu schaffen. Also mir mißhagt diese Technik schon deswegen, weil sie ihres großen Aufwandes wegen jede Eleganz vermissen lässt.

"Billig, leise und einfach" soll eine Energiemaschine laut Schauberger sein, und obendrein natürlich ungiftig und "naturrichtig". Das muss man ja nun auch nicht zum Dogma machen, aber es ist natürlich die Krönung, wenn einem das gelingt.

Da wir bei der Fusion sind : nach Fleischmann und Pons' Versuch im Jahr 89 gabe es ja jede Menge Anschlußversuche und bei vielen wurde eine nicht erklärliche Wärmezunahme gemessen, ohne allerdings Helium nachweisen zu können. Eine mögliche Erklärung habe ich hier, ebenfalls auf Telepolis, versucht :

http://www.heise.de/tp/foren/S-Mal-eine-andere-Idee/forum-176983/msg-18310322/read/

Wie man sieht, hat die Gegenseite nun wirklich jedes denkbare Gegenargument aufgefahren, ich muss allerdings sagen, dass mich keins überzeugt hat. Ich sehe schon ein, wenn ich daneben gehauen habe, aber da nun sehe ich den Haken nicht.

Gruß Artur
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werner100



Anmeldedatum: 26.07.2009
Beiträge: 807

BeitragVerfasst am: Sa Mai 28, 2011 4:26 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Kernfusion in der Sonne -

Ja - dann aber richtig mit Protuberanzen-Überlauf und hoher Verdichtung
in der Fusionszone.
In einem Ringtrafo das Plama in der Schwebe halten und dann noch zur Fusion führen wollen, ist ein bisschen zu abenteuerlich.

Viel sicherer ist eine lineare Beschleunigungsstrecke in welcher das Plasma einen hohen Trägheitwiderstand bei der Bremsung umsetzt und viel weniger gepincht zu werden braucht.

Alle Ausbrüche mit dem Magnetfeld abzufangen gleicht einem Tanz auf der
Bleistiftspitze und hat keine Aussicht auf Stabillität...

Aber den Trick, dem Ausbruch in der Beschleunigungrichtung einen Tunnel zu bieten, auf den kommen die Erdlinge nicht...
Das ganze ist halt nur eine Arbeitsbeschaffungmassnahme und braucht
den Anschein von Beflissenheit, dann ist das Prinzip Hoffnung erfüllt....

Vielleicht sollten doch mal ein paar Physiker in ein Breitband-Walzwerk
gehen und sich ansehen , wie aus einer meterhohen Bramme ein dünnes
Blech entsteht, dann verstehen sie schon, was ich mit Ausweich-Tunnel in Ausbreitungsrichtung meine....

Ergänzend schliesse ich mich meinen Vorrednern an, und halte den Entsorgungsaufwand heute noch für zu hoch.
Atomenergie ist offensichtlich eine Energieform für die Anwendung in der Raumfahrt, von einer solchen können wir aber z.Z. nur in Ansätzen
sprechen.
Erst wenn es routinemässig möglich ist, also auch mit Verwendung kostengünstiger Triebwerke, fernere Himmelskörper zu erreichen, kann die Fusionsenergie neue, sinnvolle und hochgesicherte Standards in Raumstationen oder Pionierprojekten erobern.

Gruss
Werner
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