Kernfusionsreaktionen finden in Sternen wie unserem statt. Sonne, in der sich zwei kleinere Atomkerne zu einem größeren Atomkern vereinigen. stabil. Unten haben wir einen Mechanismus für diese Art von Reaktion, die in der Sonne zwischen Wasserstoffen auftritt und Helium erzeugt:
Mögliche Wasserstofffusionsreaktion auf der Sonne
Der wichtigste Aspekt dieser Art von Kernreaktion ist jedoch die freigesetzte Energiemenge. Um eine Idee zu bekommen, die Verschmelzung von nur 2. 10-9% Deuterium (Wasserstoff mit einem Neutron und einem Proton im Kern)es würde eine Energiemenge liefern, die ausreicht, um den gesamten Energiebedarf der Welt ein Jahr lang zu decken!
Der Traum vieler Wissenschaftler ist es deshalb, die bei Fusionsreaktionen freiwerdende Energie nutzbar zu machen. Die derzeit in Kernkraftwerken verwendeten Reaktoren sind Kernspaltung, das ist das Antifusionsverfahren und erzeugt eine geringere Energiemenge.
Unkontrollierte Fusion wurde bereits verwendet in Wasserstoffbombe oder thermonuklear
, im Jahr 1952 von den Vereinigten Staaten auf einem Atoll im Pazifik gestartet. Diese Bombe wurde „Mike“ genannt und hatte die 700-fache Kraft der Hiroshima-Bombe.Neben der großen Menge an freigesetzter Energie werden andere Leistungen Kernfusion zur Energiegewinnung zu nutzen, sind das die bei diesen Reaktionen verwendeten Materialien sind leicht erhältlich., denn Deuterium kommt in Wassermolekülen vor, Tritium (Wasserstoffisotop mit einem Proton und zwei Neutronen im Kern) kann aus Lithium gewonnen werden, und Lithium ist ein natürlich vorkommendes Metall.
Ein weiterer Faktor ist, dass im Gegensatz zur Kernspaltung die Fusionsprodukte sind nicht radioaktiv und gelten daher als „saubere“ Energieart, die keine Umweltveränderungen verursacht.
Aber um zur Energiegewinnung genutzt zu werden, muss es eine kontrollierte Reaktion sein und dafür gibt es noch welche Hindernisse:
Damit die Fusion effektiv ist, sind hohe Temperaturen erforderlich, wie bei der Sonne, die Regionen mit Temperaturen in der Größenordnung von 100 Millionen Grad Celsius aufweist! Diese große Energiemenge wird benötigt, um die Abstoßungskraft zu überwinden, die sich aus den positiven Ladungen der sich vereinigenden Kerne ergibt.
Dies wird derzeit durch die bei der kontrollierten Spaltungsreaktion einer Atombombe freigesetzte Energie erreicht, die als Auslöser für die Kernfusionsreaktion dient.
Ein weiteres Problem, das sich stellt, ist: Wie kann man mit Materialien bei Tausenden von Grad Celsius kontrolliert arbeiten? Welche Materialien könnten verwendet werden, um den Reaktor zu bauen, der solch hohen Temperaturen standhält?
Es besteht auch ein Bedarf an einem schnellen Energiefluss, der bei der Fusionsreaktion freigesetzt wird.
Forschungen auf diesem Gebiet haben zu einem Reaktortyp namens. geführt Tokamak, die heute nur noch für die Forschung verwendet wird. Das bekannteste ist das in Princeton, USA, das bei einer Temperatur von 100 Millionen Grad Celsius betrieben wird. Unten ist der Tokamak COMPASS auf der IPP, der in Prag, Tschechien, während der Woche der Wissenschaft und Technologie organisiert von der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik am 2. November 2012:
Tokamak COMPASS auf der IPP in Prag vorgestellt[2]
In diesen Reaktoren wird ein extrem starkes Magnetfeld erzeugt. Deuterium- und Tritiumgase werden eingespritzt und auf Tausende von Grad Celsius erhitzt, um zu reagieren. Da elektrischer Strom fließt und starke Magnetfelder erzeugt werden, entsteht ein Plasma, das sich in einem Rohr im Inneren des Reaktors befindet und dessen Wände nicht berührt.
Die obige Briefmarke, gedruckt in der UdSSR, zeigt eine thermonukleare Fusionsvorrichtung aus Tokamak um 1987[3]
Bis heute wurde jedoch noch keine Möglichkeit gefunden, Nutzenergie aus einem solchen Reaktor zu gewinnen. die Energie, die aufgewendet wird, um das Magnetfeld zu aktivieren, in dem das Plasma eingeschlossen ist, ist immer noch größer als die Energie, die aus der Fusion im Reaktor gewonnen wird.
* Bildnachweis:
[1] Autor: Mike Garrett/Wikimedia Commons
[2] Nataliya Stunde/ Shutterstock.com
[3] Jim Pruitt/Shutterstock.com
Von Jennifer Fogaça
Abschluss in Chemie
Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reator-fusao-nuclear.htm
