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148 KAPITEL 5. LASER FÜR DIE KERNENERGIE
werden, diesen Zyklus einmal zu durchlaufen. Nur die ungeheure Anzahl gleichzeitig ablaufender
Prozesse in einem Stern garantiert die kontinuierliche Energiefreisetzung. Mit den sehr
viel geringeren Dichten und Volumina, die im Labor erreichbar sind, ist diese Art der Fusion
nicht von praktikablem Nutzen.
Im Zentrum des Interesses der Fusionsforschung stehen deshalb andere Prozesse:
2 D + 2 D → 3 He + n + 3.25 MeV (5.1)
→ 3 T + p + 4.04 MeV
2 D + 3 T → 4 He + n + 17.58 MeV (5.2)
Die freiwerdende Energie teilt sich im umgekehrten Verhältnis der Massen (Impulserhaltung)
auf die beiden Produkte auf: Im Falle von Reaktion (5.2) ist dies also bei einer Gesamtenergie
von 17.58 MeV: 4 He : 3.52 MeV, n : 14.07 MeV. Deuterium kann leicht in großen Mengen gewonnen
werden: 0.015% des Wasserstoffs - z.B. in den Weltmeeren - liegt als D = 2 H vor und
D-haltiges Wasser läßt sich durch Elektrolyse Reaktionen und fraktionierte Destillation gut
aufkonzentrieren. Primordiales Tritium existiert aufgrund seiner geringen Halbwertszeit von
T1 /2 = 12.3 a nicht. Es wird lediglich in geringen Mengen durch Höhenstrahlung (hochenergetische
Protonen) erzeugt indem Stickstoff unter Freisetzung eines Neutrons in Sauerstoff
umgewandelt wird und dieses Neutron mit einem weiteren Stickstoff-Atom reagiert:
14 N (p, n) 14 O ,
14 N (n, T) 12 C, (5.3)
Auf 10 17 gewöhnliche H-Atome kommt nur ein T. Daher muß Tritium produziert werden
( 6 Li (n, T) 4 He). Mit k ∼ 10 −20 − 10 −24 m 3 s −1 besitzt der D-T-Prozeß (5.2) eine um zwei
Größenordnungen höhere Reaktionsrate als der D-D-Prozeß (5.1) (siehe Diskussion der Wirkungsquerschnitte)
und repräsentiert zur Zeit den einzigen erfolgversprechenden Ansatz zur
Fusion. Man muß daher in Kauf nehmen, den Brennstoff erst erbrüten zu müssen.
Wir schätzen nun ab, welche Temperaturen nötig sind, um eine Kernfusion zu zünden: In
einem einfachen Modell nehmen wir an, daß zwei Kerne nur dann fusionieren, wenn sie sich
‘berühren’, ihr Abstand also der Summe ihrer Radien entspricht. Im Falle des Deuteriums
entspricht dies ca 2-3 fm. Nähert man zwei geladene Kugeln aus dem Unendlichen einander
an, so bedarf dies der Energie
E(R) =
1
4πɛ0
q 2
R
(5.4)
R=3fm
� 0.48 MeV . (5.5)
Dies entspricht nach E = kBT einer mittleren Temperatur von T = 5.5 · 10 9 K.