Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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1. Das Fusionskraftwerk<br />
Langfristiges Ziel der Fusionsforschung<br />
ist ein Strom lieferndes<br />
Fusionskraftwerk. Sein Aufbau und<br />
seine Funktionsweise sind in Abb. 1<br />
und Abb. 2 dargestellt (die im Folgenden<br />
genannten Ziffern in Klammern<br />
beziehen sich auf diese Abbildung).<br />
Ein torusförmiger Vakuumbehälter<br />
(4) übernimmt die Rolle des<br />
Kessels in einem konventionellen<br />
Kraftwerk, das mit Öl, Kohle oder<br />
Gas befeuert wird oder des Druckbehälters<br />
in einem Kernkraftwerk: Hier<br />
wird nutzbare Wärme erzeugt.<br />
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Ausgangspunkt ist ein extrem dünnes<br />
Gasgemisch aus schwerem (Deuterium)<br />
und überschwerem Wasserstoff<br />
(Tritium) bei einem Druck, der etwa<br />
ein 250.000tel des Atmosphärendrucks<br />
an der Erdoberfläche entspricht.<br />
Der rund 1000 Kubikmeter<br />
fassende Vakuumbehälter enthält damit<br />
nur wenige Gramm des Deuterium-Tritium-Brennstoffs.<br />
Eine Startheizung pumpt für einige<br />
Sekunden eine Leistung von 50 bis<br />
100 Megawatt in die Brennkammer,<br />
wodurch das Brenn-<br />
stoffgemisch auf etwa<br />
100 Millionen Grad<br />
aufgeheizt wird und in<br />
den Plasmazustand (1)<br />
übergeht. Derzeit genutzte<br />
Heizmethoden<br />
sind Neutralteilcheninjektion,Hochfrequenz-<br />
und Strom-Heizung,<br />
die in Kapitel 3.1<br />
ausführlich dargestellt<br />
werden.<br />
Um Berührungen mit<br />
der Innenwand des<br />
Vakuumbehälters, der<br />
so genannten Ersten<br />
Wand, zu vermeiden,<br />
wird das heiße Plasma<br />
durch starke Magnetfelder<br />
eingeschlossen<br />
(5; 6). Die in der Grafik<br />
gezeigte Anlage folgt<br />
dem „Tokamak“-Bauprinzip.<br />
Alternativ dazu<br />
wird das „Stellara-<br />
tor“-Prinzip verfolgt. Beide werden<br />
in Kapitel 2.4 näher erläutert<br />
Die im heißen Plasma einsetzenden<br />
Fusionsreaktionen setzen hochenergetische<br />
Heliumkerne und Neutronen<br />
frei. Die geladenen Heliumkerne können<br />
den „magnetischen Käfig“ nicht<br />
verlassen. Sie geben ihre Energie<br />
durch Stöße an die Plasmateilchen<br />
ab, wodurch sich das Plasma weiter<br />
aufheizt, bzw. auf Betriebstemperatur<br />
gehalten wird. Die elektrisch neutralen<br />
Neutronen jedoch dringen durch<br />
die Erste Wand und werden im angrenzenden<br />
Blanket (2) abgebremst.<br />
Die dabei entstehende Wärme wird<br />
über ein Kühlmittel, zum Beispiel<br />
Helium (15, 16), in einen konventionellen<br />
Wärmekreislauf eingespeist.<br />
Die Stromproduktion geschieht dann<br />
wie in einem konventionellen Kraftwerk<br />
durch eine Turbine mit nachgeschaltetem<br />
Generator.<br />
Vakuumbehälter, Blanket und Magnete<br />
befinden sich innerhalb des<br />
Kryostaten (8), der von einem biologischen<br />
Schild (10) umschlossen ist.<br />
Der Brennstoff Tritium wird im<br />
Blanket durch Neutroneneinfang aus<br />
Lithium erbrütet, mittels Spülgas<br />
ausgetrieben, mit Deuterium vermischt<br />
und in das brennende Plasma<br />
zurückgeführt (11, 12). Die „Asche“<br />
der Kernfusion, das Edelgas Helium,<br />
wird über den Divertor (3) abgesaugt<br />
und entsorgt, wobei das mitgeführte<br />
Deuterium-Tritium-Gemisch abgetrennt<br />
und in das Plasma zurück<br />
geleitet wird (14).<br />
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