| Kernfusion | Dieser Text beschreibt Kernfusion.
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Kernfusion ArtikelAls Kernfusion wird der Prozess des Verschmelzens zweier Atomkerne zu einem schwereren Kern genannt. Je nach dem, welche Ausgangskerne beteiligt sind und welches Element daraus entsteht, wird bei diesem Prozess Energie freigesetzt oder aufgewendet. Zumeist ist die Energiebilanz positiv, wenn das Fusionsprodukt eine Ordnungszahl von weniger als etwa 60 bis 80 hat und negativ bei noch schwereren Kernen. Der Grund dafür ist die unterschiedliche Verteilung des Massendefekts über das Periodensystem. In der Regel wird bei einer Kernverschmelzung neben dem Reaktionsprodukt ein leichtes Teilchen wie ein Neutron, ein Proton, ein Alpha-Teilchen oder ein Gamma-Teilchen erzeugt. Dieses ist wegen Energie- und Impulserhaltung erforderlich, da der neu erzeugte Kern ca. fest definierte Energieniveaus annehmen kann, während die kinetische Energie, die die beiden Ausgangskerne vor der Verschmelzung haben, variabel ist.
Besonders viel Energie wird frei, wenn schwerer und überschwerer Wasserstoff (Deuterium und Tritium) miteinander verschmelzen. Hier beträgt der Massendefekt fast 4 Promille, das heißt, die Reaktionsprodukte Helium und ein Neutron haben entsprechend weniger Masse als die Ausgangsprodukte. Die fehlende Masse wird aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie aus Einsteins Gleichung E = m c² (E = Energie, m = Masse, c = Lichtgeschwindigkeit) als kinetische Energie auf die Reaktionsprodukte übertragen. Da c2 eine sehr große Zahl ist, setzt schon die Fusion kleiner Mengen von Deuterium und Tritium gewaltige Energiemengen frei.
Die Kernfusion von Wasserstoff über mehrere Zwischenschritte zu Helium ist die Energiequelle der Sterne, etwa unserer Sonne.
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- Im Labor zur Grundlagenforschung. Hier werden mittels eines Teilchenbeschleunigers auf hohe Energien gebrachte Atomkerne auf ein Target geschossen, wo es zu Verschmelzungsreaktionen kommen kann.
- In Kernwaffen (Wasserstoffbombe). Während Kernspaltungswaffen wie die Hiroshima-Bombe eine Sprengkraft von bis zu 500 Kilotonnen TNT haben, entfalten Kernfusionswaffen zig Megatonnen TNT.
- Zur billigen Erzeugung von Neutronen mittels des Farnsworth-Hirsch-Fusors (siehe en:Farnsworth-Hirsch Fusor )
- Zur geplanten zivilen Energie- und Stromerzeugung durch Kernfusionsreaktoren. Am weitesten fortgeschritten ist hier das Projekt Joint European Torus (kurz JET), das für einige Sekunden ein Plasma aus Deuterium und Tritium am Brennen halten konnte, und dabei einige Megawatt produzierte. Ab ungefähr 2015 soll der internationale Versuchsreaktor ITER in Betrieb gehen. Experten erwarten jedoch nicht vor 2030 bis 2050 den Bau eines kommerziell verwendbaren Fusionskraftwerkes. Es gab auch stets wieder Versuche, Fusion ohne aufwändige Vorrichtungen zur Erzeugung eines geeigneten Plasmas zu erzeugen, z. B. mittels kalter Fusion oder Bubble-Fusion. Der Versuch zur Bubblefusion konnten von unabhängiger Seite verifiziert werden:
Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), Purdue University, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), und die Russian Academy of Science (RAS) geben an, bisherige Versuche zur Bubble - Fusion repliziert und sogar erweitert zu haben.
(Quelle: Physical Review E: “Additional Evidence of Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation�)
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- D + T → He-4 + n + 17,588 MeV
- D + D → He-3 + n + 3,268 MeV
- D + D → T + p + 4,03 MeV
- He-3 + D → He-4 + p + 18,34 MeV
In der Sonne findet folgender Reaktionszyklus/Proton-Proton-Zyklus/Wasserstoffzyklus statt
1. p + p → D + pos + ve + 1,44 MeV (langsamste, und damit begrenzende Reaktion)
2. D + p → He-3 + gamma + 5,49 MeV
3. He-3 + He-3 → He-4 + 2* p + gamma + 12,86 MeV
D steht in den Formeln für Deuterium, T für Tritium, He-3 und He-4 für die Heliumisotope mit 1 bzw. 2 Neutronen, gamma für gamma-Strahlung, pos Positron, ve für ein Elektron-Neutrino, n für ein Neutron und p für ein Proton.
Buch-Tipp: Fusionsfieber Von der Schwierigkeit, einen Hochstapler zu entlarven "Fusionsfieber" ist ein fiktiver Wissenschaftsroman, der allerdings auf einer wahren Gegebenheit basiert, nämlich der angeblichen Entdeckung der kalten Kernfusion. Der Roman zeichnet die Geschichte dieser bahnbrechenden Entdeckung nach und beschreibt, wie der Elektrochemiker Stefan Trosa zusammen... |
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