Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

Dieses Thema im Forum "Wissenschaft & Forschung" wurde erstellt von CanHurry, 13. Februar 2014 .

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  1. #1 13. Februar 2014
    Zuletzt von einem Moderator bearbeitet: 15. April 2017
    Bei der Kernfusion von Wasserstoff haben Physiker einen Energieüberschuss erzielt. Das ist ein Meilenstein der Forschung, doch die Erzeugung von elektrischer Energie bleibt nach wie vor eine Vision.

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    Mitten in den Weinbergen bei San Francisco steht eine riesige, 150 mal 100 Meter große Experimentierhalle mit dem stärksten Laser der Welt.

    Mit seiner Hilfe versuchen dort Physiker, einen alten Traum Wirklichkeit werden zu lassen: das Feuer der Sonne kontrolliert auf der Erde zu entfachen, um auf diese Weise eine unerschöpfliche Energiequelle zu erschließen.

    Seit vielen Jahren bemühen sich weltweit Herscharen von Forschern, dem ehrgeizigen Ziel näher zu kommen, durch Fusion von Wasserstoffatomkernen nutzbare Energie zu gewinnen.

    Aus einem Gramm Fusionsbrennstoff lassen sich theoretisch gigantische 90.000 Kilowattstunden Energie gewinnen.

    Positive Energiebilanz

    Doch nach wie vor kursiert die hämische Bemerkung, Fusionforscher würden bereits seit 50 Jahren beständig behaupten, dass jeweils in 50 Jahren diese revolutionäre Form der Energiegewinnung praxisreif sein werde.

    Daran ändert wahrscheinlich auch der jüngste Forschungserfolg der Wissenschafter des Lawrence Livermore National Laboratory nichts.

    Sie haben, wie sie jetzt in der britischen Fachzeitschrift "Nature" berichten, bei den Experimenten in der "National Ignition Faciltiy" (NIF) genannten Halle erstmals eine positive Energiebilanz erreicht.

    Damit ist grundsätzlich bewiesen, dass sich eine laserinduzierte Kernfusion tatsächlich zur Erzeugung von Energie eignet.
    Meilenstein der Fusionsforschung

    Das ist zweifelsohne ein Meilenstein in der Geschichte der Fusionsforschung, doch von der praktischen Umsetzung dieses Fortschritts im Labor, ist man dennoch meilenweit entfernt.

    Wenn man sich die Energiebilanz der NIF-Experimente genauer anschaut, wird schnell klar, wie theoretisch der jetzt gefeierte Erfolg ist.

    Von der Energie, die zunächst in den Betrieb der Laser investiert werden muss, wird nur rund ein halbes Prozent in Laserlicht umgewandelt. Von der im Laserlicht steckenden Energie gelangt letztlich wiederum nur ein Prozent in die Reaktionszone.

    Diese Energie setzen die Forscher in Relation zu der durch die Wasserstofffusion frei gesetzten Energie und können dann eine positive Bilanz vorweisen.

    Tatsächlich sind jedoch bereits vor dem eigentlichen Experiment 99 Prozent der eingesetzten Energie verloren gegangen. Wie diese, letztlich entscheidende Bilanz deutlich verbessert werden könnte, ist gar nicht absehbar.
    192 Laserstrahlen liefern 500 Billionen Watt

    Kern des Experiments ist ein extrem gekühltes Kügelchen aus festem Wasserstoff, das aus allen Richtungen von insgesamt 192 Teilstrahlen des Superlasers getroffen wird.

    Die nur zwei Millimeter große Kugel besteht indes nicht aus gewöhnlichem Wasserstoff, sondern aus einer Mischung aus Deuterium und Tritium. Das sind schwere Wasserstoffisotope, wobei das Tritium radioaktiv ist.

    Die unvorstellbar große Laserleistung von 500 Billionen Watt sorgt dafür, dass das Brennstoffkügelchen auf mehr als 100 Million Grad aufgeheizt wird und ein Druck von 100 Millionen Bar entsteht.

    Unter diesen Bedingungen werden die Wasserstoffatomkerne entgegen ihrer elektrischen Abstoßung so eng zusammengepresst, dass sie miteinander verschmelzen können. Aus der Fusion von zwei Wasserstoffatomen entsteht ein Heliumatom sowie ein Neutron.
    Die Fusionsenergie steckt in Neutronen

    In diesem Neutron steckt der größte Teil der durch die Fusion freigesetzten Energie. Und das ist ein weiteres großes Problem bei der potenziellen Nutzung von Fusionsreaktionen zur Energiegewinnung.

    Aus der Energie schneller Neutronen elektrischen Strom gewinnen zu wollen, ist keine wirklich einfache Angelegenheit.

    Es geht wohl nicht anders, als dass die Neutronen in einem geeigneten Material absorbiert werden, dieses erhitzen, diese Wärme letztlich zum Verdampfen von Wasser genutzt wird und am Ende ganz klassisch eine Turbine mit Wasserdampf angetrieben wird.
    Materialversprödung ist ein großes Problem

    Doch vom Bau einer solchen Anlage ist man am NIF ebenso weit entfernt, wie an jeder anderen Forschungsanlage zur Wasserstofffusion.

    Die Neutronen haben die unangenehme Eigenschaft, dass von ihnen getroffene Materialien radioaktiv werden können und Metalle spröde.

    Wenn man bedenkt, dass bereits in der NIF-Experimentierhalle 12.000 Tonnen Stahl verbaut sind, ist die Problematik der Neutronenversprödung eine sehr große Herausforderung.

    Um die wissenschaftliche Leistung der NIF-Forscher richtig würdigen zu können, muss man wissen, dass es ihnen gelungen ist, dem echten Zünden ("Ignition") des Wasserstoffplasmas um einen Faktor 10 näher gekommen zu sein.
    "Wir sind vom Ziel einen Faktor 100 entfernt"

    Jetzt liegt das Ziel der Zündung "nur" noch einen Faktor 100 entfernt, erläutert Omar Hurricane, der Erstautor des von 22 Wissenschaftlern verfassten Artikels in "Nature".

    Erreicht wurde diese Verbesserung durch eine modifizierte Wellenfront der Laserstrahlung. Diese ermöglicht offenbar ein besseres Zusammenhalten des Brennstoffkügelchen, das natürlich den äußeren Zwängen wo irgend möglich auszuweichen versucht.

    Die größere Stabilität des Kügelchen ermöglichte eine höhere Temperatur, damit eine größere Reaktionsrate und somit auch eine höhere Zahl von erzeugten Heliumatomkernen (Alpha-Teilchen), die mit ihrer Energie wieder zum Heizen der Reaktionszone beitragen können.
    Alpha-Teilchen dienen als Heizung

    "Alpha-Boot-Strapping" nennen die Forscher diesen Rückkopplungsprozess, der schließlich zum Zünden einer sich selbst erhaltenden Fusionsreaktion führen soll.

    "Es werden weitere Forschungsarbeiten notwendig sein", sagt Hurricane, "und eine ganze Reihe physikalischer Probleme müssen noch gelöst werden, bevor wir das große Ziel erreichen."

    Die Forschungsarbeiten am NIF dienen indes nicht nur dem Ziel der Entwicklung von Fusionsreaktoren zur Energiegewinnung. Mit den Experimenten lassen sich auch weitere Fragestellungen der Grundlagenforschung angehen.

    So weißt Hurricane darauf hin, dass noch immer die Prozesse auf dem Planeten Jupiter unverstanden sind, der ja mehr Energie abstrahlt, als er von der Sonne erhält. Sehr wahrscheinlich spielen sich auf dem aus Wasserstoff bestehenden Riesenplaneten Fusionsprozesse ab, die für eine Überschussenergie sorgen.
    Militärische Fusionsforschung

    Zum Glück zündet Jupiter offensichtlich nicht wirklich durch, denn sonst hätten wir in unserer kosmischen Nachbarschaft eine zweite Sonne.

    Auch die Militärforschung profitiert von den Arbeiten am NIF. Denn schließlich funktionieren auch Wasserstoffbomben nach dem Prinzip der Kernfusion.

    Nach dem internationalen Verbot von Atomwaffentests lassen sich mit den Experimenten am NIH auch wissenschaftliche Erkenntisse über Fusionsplasmen erlangen, die für die Waffenkonstrukteure von Interesse sind. Bis zum Jahr 1972 waren in den USA sogar alle Arbeiten zur Wasserstofffusion per Laser als "geheim" eingestuft.

    Mensch: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde @Welt.de Artikel

    ----------------------------

    Wer träumt nicht von einer Energiequelle, die alles bisherige ersetzen würde. Aber ohne die Gefahr von Radioaktivität scheint dies unmöglich, umso wichtiger ist es Möglichkeiten zu entwickeln, sich ausreichend vor dem Austritt dessen zu schützen. Aber ein kleiner Teil zumindest ist schonmal entschlüsselt.
     

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  3. #2 13. Februar 2014
    AW: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

    gibts eigentlich was neues von dem rossi generator?^^ wollte rossi nich generatoren auf den endverbrauchermarkt bringen, die genau das machen? sollte das nich dieses jahr sein?
     
  4. #3 13. Februar 2014
    AW: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

    Letztes Jahr war mal kurz was in den Medien, aber ist nichts mehr gekommen

    vom letzten November zB Italiener Andrea Rossi will Fusionsreaktor erfunden haben - SPIEGEL ONLINE

    MfG
     
  5. #4 13. Februar 2014
    AW: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

    Was hat das eigentlich mit "kalter Fusion" zu tun?
    100 Mio Grad halte ich nicht gerade für kalt :D

    Mit "kalter Fusion" wurde doch immer die Sache mit Rossi&Co. (aktuellster Vertreter halt) in Verbindung gebracht.


    Naja - aber es ist doch in erster Linie egal, wie viel Energie zu Beginn hineingesteckt werden musste, wenn sich die Fusion danach selbst aufrecht erhält und kontinuierlich weiter Energie "produziert".
    Wenn ich 1 Millionen Euro investiere, um jedes Jahr ein Leben lang 100 Tausend zu erhalten, bin ich nach 11 Jahren ein reicher Mann ;)

    Wenn die Fusion einmal in der Hinsicht läuft, ist das mit der Energie zweitrangig.

    Das deutlich größere Problem wird die praktische Umsetzung eines Reaktors sein.
    Da werden Temperaturen jenseits von Gut und Böse freigesetzt - Materialien?
    Auch muss das ganze System stabil gehalten werden, auch darauf gibt es noch keine eindeutigen Antworten (z.B. Eingrenzung durch extrem starke Magnetfelder - aber nur Theorie).

    Aber da wird noch viel Zeit und Geld rein investiert werden (müssen), ich glaube die meisten hier werden nie den Bau eines kommerziell genutzten Reaktors miterleben.
     
  6. #5 13. Februar 2014
    Zuletzt bearbeitet: 15. Juli 2014
    AW: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

    ITER - the way to new energy

    In Südfrankreich, wird gerade so ein Reaktor gebaut.

    Zündung: Ist die Kernfusion da? - Golem.de

    ------
     
  7. #6 13. Februar 2014
    AW: Kalte Fusion: US-Forscher holen das Sonnenfeuer auf die Erde

    Ich glaube die wollen das dabei entstehende Plasma durch Magnetfelder im Vakuum in der Schwebe halten, um diese Temperaturen in den Griff zu bekommen. Deswegen sieht das Teil von Innen auch so komisch gewunden aus. Bin mir aber nicht mehr ganz sicher.
     

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