FusionFusionDIE Energiequelle der Zukunft?DIE Energiequelle der Zukunft?

Seminarvortrag 25. Januar 2006, Ruth Seminarvortrag 25. Januar 2006, Ruth

LaengnerLaengner

Gliederung

Physikalische Fakten und Voraussetzungen

Sicherheit Energiebilanz und Ausblick

1. Physikalische Fakten und Voraussetzungen

Energiegewinnung

Energie entspricht der Bindungsenergie der Atomkerne

(Massenverlust)

Voraussetzungen

sicherer Einschluss des Plasmas hohe kinetische Energie der Ionen genügend hohe Plasmadichte zur

Zündung der Fusion „lange“ Laufzeit

Einschluss (Magnetfelder)

Plasma wird durch drei Magnetfelder eingeschlossen (Feldlinien verlaufen schraubenförmig in der Mitte des Torus)

ein Stromfluss wird im Plasma erzeugt

es wird aufgeheizt

Einschluss (das Plasmagefäß) absolute Trennung

von Plasma und umgebender Luft

geringe Leitfähigkeit vakuumdichte

Öffnungen zum Abpumpen der He-Asche oder Heizen

hohe Hitzebeständigkeit

Neutralteilchenheizung/ kin.Energie

schnelle H-Atome werden in das Plasma eingeschossen und geben durch Stöße mit diesem Energie ab

müssen schnell sein zum Heizen und tief genug in das Plasma eindringen

Beschleunigung auf 9000 km/s

es gibt noch andere Techniken, aber die Neutralteilchen heizung ist im Moment die am Besten geeignetste um lange und effiziente Laufzeiten zu haben

FusionD + T 4He (3,50 MeV) + n (14,1 MeV) + 17,6 MeV D + D 3He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) + 3,27 MeV D + D T (1,01 MeV) + H (3,02 MeV) + 4,03 MeV D + 3He 4He (3,60 MeV) + H (14,7 MeV) + 18,3 MeV

Die Fusionsphysiker haben sich für die Reaktion D+T entschieden: größte Energeiausbeute bei geringster Temperatur

Edukte Produkte

Effizienz

Gewinnung des notwendigen Tritiums:

das aus der Fusion entstandene Neutron wird zur Erbrütung des Tritiums aus Lithium verwendet

mit He wird T ausgewaschen und dem Plasma wieder zugeführt

2.Sicherheit

RadioaktivitätAbfälleStörfälle

Radioaktivität

Tritium ist radioaktiv, Brutmantel und Brennkammer werden auch durch den Beschuss von Neutronen aktiviert

Richtwerte: 2g T pro Jahr entweichen im Kraftwerk (Höhenstrahlung: 7kg/a)

an schwer aktivierbaren Legierungen wird gearbeitet (insgesamt niedriges Gefährdungspotential)

Abfälle nach ca. 30 Jahren

Laufzeit entstehen 10.000 bis 40.000 m³ aktivierter Abfall

ebenso viel wie bei Spaltreaktoren Halbwertszeit aber

um Faktor 100 geringer

Nachwärme geringer (SEAFP Studie von Euratom)

Störfälle

Brennstoffmenge in der Kammer reicht für eine Minute Feuern

Leistungsdichte sehr gering (wie Glühbirne) unkontrollierter Leistungsanstieg nicht möglich,

da kleinste Abweichungen zum Erlöschen der Fusion führen

Nachwärme reicht nicht aus um die Baueile zum Schmelzen zu bringen

3. Energiebilanz und Ausblick

Kenndaten versch. Reaktoren

PFusion(MW)

P Heizungintern(MW)

P Ext.Heizung(MW)

Energiever-stärkung Q

JET 16 3.2 26 0.6

ITER 500 100 50 10

Kraftwerk 3000 600 50-100 30-60

bei Pulsdauer von mehr als 8 min. ist ITER (International Tokamak Experiment Reaktor) ein Zwischenschritt zur Realisierung eines Fusionskraftwerks

über Wärmetauscher und Turbinen wird dann el. Energie erzeugt

Kosten für Rohstoffe 75mg Deuterium und 225mg Li ersetzen

etwa 1000 l Erdöl [in 2l Wasser und wenigen kg Gestein enthalten]

D kostet 1€/kg, T ca. 20€/kg ->nur Beitrag von 0,003 cent/kWh an

Stromkosten Energieaufwand für Bau in haben Jahr wieder

zurückgewonnen

Quellen

IPP Garchingen Euratom Jülicher Schule