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Kernfusionskraftwerk

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Diese Form der Kernenergienutzung beruht auf der Ausnutzung der bei der Kernfusion freigesetzten Kernbindungsenergie, die als Wärme dann - wie in Kohle- oder Kern(spaltungs)kraftwerken üblich - über eine Dampfturbine und einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird. Ein Kernfusionskraftwerk gehört zu der Gruppe der thermischen Kraftwerke. Kernfusionskraftwerke sind derzeit noch nicht in Betrieb, auch nicht als Prototyp.

Plasmafusion:

Die Temperatur der eigentlichen Energiequelle, des Plasmas, liegt bei mehreren Millionen Grad Celsius, weit jenseits der Temperaturen, die bisher bekannte Werkstoffe aushalten - die Grenze liegt bei etwa 1000-3000 Grad Celsius, je nach der geforderten mechanischen Stabilität.

Das kontinuierliches Plasma, welches aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, kann durch ein Magnetfeld berührungsfrei eingeschlossen werden. Dadurch wird ein Abstand zwischen dem Plasmabereich und den ihn umschließenden Wänden aufrechterhalten. Die Aufheizung des Plasmas auf die notwendigen hohen Temperaturen wird ebenfalls durch zeitlich veränderliche Magnetfelder gewährleistet.

Ein gepulstes Plasma kann man erzeugen, indem man durch allseitigen Beschuß von Deuterium-Tritium-Tröpfchen mit Laser-, Röntgen oder Teilchenstrahlen zum einen das Tröpfchen komprimiert und damit einen genügend langen Einschluß des Plasmas ermöglicht. Zum anderen wird das Deuterium-Tritium-Gemisch durch die Absorption der Strahlungsenergie auf die notwendigen Temperaturen aufgeheizt. Jedes Deuterium-Tritium-Tröpfchen erzeugt eine kleine nukleare Explosion, die dabei freigesetzte Energie ist aufgrund der eingesetzten ,,Brennstoff``-Menge begrenzt.

In beiden Fällen kann Tritium aus Lithium erbrütet werden, das Lithium kann gleichzeitig als Wärmetransportmedium vom Fusionsreaktor zum Dampferzeuger genutzt werden, während das gasförmige Tritium als Fusions-,,Brennstoff`` dient:

Lithium-7 + n → Helium-4 + Tritium + n - Energie

Myon-katalysierte Fusion

Bei dieser Art der Fusion werden Myonen in ein Gemisch aus Deuterium und Tritium eingebracht. Myonen sind dem Elektron verwandte Elementarteilchen, die sich insbesondere durch die gegenüber dem Elektron um etwa 220mal höhere Masse von diesem unterscheiden. Ansonsten können Myonen von einem Atom oder Molekül anstelle eines Elektrons ,,eingebaut`` werden. Die hohe Masse führt allerdings dazu, daß dieses

myonische Atom oder Molekül wesentlich kleiner ist als das normale, mit Elektronen ausgestattete Atom bzw. Molekül. Schafft man es, ein Myon in die Verbindung DT, also einer Verbindung zwischen Deuterium und Tritium ,,einzuschmuggeln``, wird der Abstand zwischen den Kernen der Beiden soweit verringert, daß die im folgenden skizzierte Reaktion eintreten kann:

Myon + Deuterium + Tritium Molekül aus Deuterium und Tritium mit einem Myon als Ersatz für eines der beiden Elektronen Helium-4 + Myon + 17.6MeV Energie

Beachtenswert ist, daß das Myon nach der Reaktion wieder für neue Reaktionen zur Verfügung steht, also ganz im Sinne einer Katalyse die Reaktion nur vermittelt. Leider haben Myonen eine begrenzte Lebensdauer, weshalb sie nur eine begrenzte Anzahl von Fusionsprozessen - etwa 100 - auslösen können.

Die Rate der Myonen, die auf das Wasserstoff-Target treffen, bestimmt die Rate der Kernfusionsereignisse, die stattfinden können. Damit kann auch die Temperatur des eigentlichen ,,Fusionsreaktors`` eingestellt werden, die bei der Plasmafusion auftretenden Werkstoffprobleme können umgangen werden. Allerdings ist die Erzeugung der Myonen mit relativ hohem Aufwand verbunden: Ein Teilchenbeschleuniger erzeugt Protonen hoher Energie, die dann auf ein Target treffen, in dem die Myonen erzeugt werden. Dieser Beschleuniger könnte natürlich auch mit einem Teil des über die Kernfusion erzeugten Stroms betrieben werden. Allerdings muß der Wirkungsgrad des Beschleunigers ausreichend hoch sein, so dass in der Gesamt-Energiebilanz Strom erzeugt wird.


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