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Fusion

Bildung eines schwereren Kernes aus leichteren Kernen; dabei wird Energie, die Bindungsenergie, frei.

Mögliche Fusionsreaktionen:

D + T -> 4He + n + 17,58 MeV
D + D -> 3He + n + 3,27 MeV
D + D -> T + p + 4,03 MeV
D + 3He -> 4He + p + 18,35 MeV
p + 11B -> 3 4He + 8,7 MeV

Die Deuterium-Tritium-Reaktion ist unter allen möglichen Fusionsreaktionen noch am leichtesten zu verwirklichen. Deuterium ist in genügender Menge in den Weltmeeren vorhanden; Tritium kann aus dem ebenfalls reichlich verfügbaren Element Lithium mit Hilfe der beim Fusionsprozeß entstehenden Neutronen 'erbrütet' werden.

Brutreaktionen zur Erzeugung von Tritium aus Lithium:

7
Li + n => 4He + T + n - 2,47 MeV
6Li + n => 4He + T + 4,78 MeV

Bei der Fusion müssen zwei Atomkerne - z. B. Atomkerne der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium - gegen die abstoßende elektrische Kraft ihrer positiven Kernladungen so dicht zusammengebracht werden, daß sie verschmelzen. Um ihre gegenseitigen Abstoßung zu überwinden, müssen zwei Kerne mit großer Geschwindigkeit aufeinander zufliegen. Die erforderlichen hohen Geschwindigkeiten erhalten die Teilchen bei hohen Temperaturen von rund 100 Mio. Grad.

Die Atome eines Gases sind dann in Elektronen und Kerne zerlegt, das Gas ist ionisiert. Ein total ionisiertes Gas wird Plasma genannt. Ein Plasma ist elektrisch leitend, seine Bewegung läßt sich daher durch elektrische und magnetische Felder beeinflussen. Dies macht man sich in den Fusionsanlagen zunutze, wo man das heiße Plasma in einen Magnetfeldkäfig einschließt. In einem Magnetfeld wirkt auf die Ladungsträger die Lorentz-Kraft. Infolge dieser Kraft führen die Ladungsträger längs der magnetischen Feldlinien eine Spiralbewegung aus. Im Idealfall kann der Kontakt mit der Behälterwand und damit der Wärmetransport zur Wand unterbunden werden.

Als Anordnungen, mit denen Plasmen innerhalb eines Rings magnetisch eingeschlossen werden können, sind Systeme vom Typ Tokamak und Stellarator üblich. JET, ITER.

Es ist das Hauptziel der Forschung auf dem Gebiet der Plasmaphysik, nach geeigneten Verfahren zu suchen, die einen kontrollierten Ablauf der Fusionsreaktion in Form einer Kettenreaktion ermöglichen, um die freiwerdenden Energiemengen nutzen zu können. Bei der Fusion von Deuterium und Tritium zu 1 kg Helium wird eine Energie von rund 120 Millionen kWh frei. Das entspricht der Verbrennungswärme von 12 Millionen Kilogramm Steinkohle.

Bild: Prinzip der Kernfusion, Verschmelzung von Deuterium und Tritium unter Bildung eines Heliumkerns, eines Neutrons und Freisetzung von Energie

Prinzip der Kernfusion, Verschmelzung von Deuterium und Tritium unter Bildung eines Heliumkerns, eines Neutrons und Freisetzung von Energie

Bild: Fusionsexperimentieranlagen und die von Ihnen erreichten Plasmazustände

Fusionsexperimentieranlagen und die von Ihnen erreichten Plasmazustände