Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Während die notwendige Temperatur
von 100 Millionen Grad bereits um
1980 erreicht wurde, gestaltete sich
die Realisierung einer hinreichenden
Wärmedämmung wesentlich schwieriger:
Seit 1970 hat es hier Fortschritte
in der Größenordnung von mehr
als vier Zehnerpotenzen – entsprechend
einem Faktor von mehr als
10.000 – gegeben. Diese bei der Kernfusion
erzielten Erfolge zeigen sich
besonders deutlich im Vergleich mit
anderen Schlüsseltechnologien. In
Abb. 2 wird zum Beispiel die Steigerung
der Taktrate bzw. der Packungsdichte
von Transistoren bei
PC-Prozessoren (Moore’s Gesetz,
Verdopplung alle zwei Jahre) mit der
Steigerung des Fusionsprodukts verglichen:
Beides wächst exponenetiell
und etwa gleich schnell an – die
Fusionsforschung hat dabei sogar in
den letzten Jahrzehnten ein wenig
bessere Fortschritte gemacht, indem
sie das Fusionsprodukt alle 1,8 Jahre
verdoppeln konnte.
Tabelle 1:
Zündbedingungen
für ein Tokamak-
plasma.
Ein wichtiger Betriebszustand einer
Fusionsanlage ist der so genannte
„Break-Even“. Hier ist die kinetische
Energie aller erzeugten 14 MeV-Fusionsneutronen
insgesamt gleich derjenigen
Energie, die von außen zur
Aufrechterhaltung des Plasmazustands
kontinuierlich eingebracht werden
muss – Break-Even ist also Gleichstand,
quasi die Minimalvoraussetzung
für ein Kraftwerk: Der Energieverstärkungsfaktor
Q beträgt eins, der
Netto-Energiegewinn bzw. -verlust
ist somit null. Mit „Zündung“ bezeichnet
man dagegen den Zustand,
in welchem die Energieerzeugung
ohne jede Zufuhr von außen aufrecht
erhalten wird – und zwar alleine
durch die eigene Energieproduktion
des Plasmas in Form des zweiten
Reaktionsprodukts Helium (Alphateilchen-Heizung,
3,5 MeV je 4 He-
Kern). Bei einem gezündeten Plasma
ist der Energieverstärkungsfaktor Q
demnach unendlich groß, siehe
Tabelle 1.
Plasmatemperatur: 100 Millionen Grad
Plasmadichte: 10 20 Teilchen pro Kubikmeter
Energieeinschlusszeit: mehr als 3 Sekunden
Energieverstärkung Q: unendlich
Abb. 2:
Fortschritte auf dem Weg zum
Fusionskraftwerk (2).
Vergleich der Entwicklung des
Fusionsprodukts (Wärmeisolation)
mit dem Anstieg der Taktfrequenz
bzw. der Packungsdichte von
Transistoren bei PC-Prozessoren
(Moore’s Gesetz): Beides wächst
über die Jahrzehnte exponentiell
und etwa gleich schnell an –
ca. alle zwei Jahre erfolgt eine
Verdoppelung. (Grafik: FZJ)