Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
5.4 Die fossil mineralischen Energien 2: Kernfusion
Die Kernenergie kann ebenfalls in eine andere Energieform umgewandelt werden, wenn
zwei leichte Kerne X und Y zu einem schweren Kern K mit
A
< vereinigt werden. Das
Hindernis, das sich dieser Vereinigung in den Weg stellt, ist die
Coulombbarriere
Z
X
Z
Y
r
B
C
∝
.
(5.25)
Diese Zusammenhänge sind in Abb.
5.4
dargestellt, wobei der Abstand zwischen den
Atomkernen X und Y durch die Variable
r
gekennzeichnet ist. Diese Kerne müssen ei-
ne genügend große kinetische Energie
W
kin
≥
B
C
besitzen, um die Coulombbarriere zu
überwinden. Gleichung
5.25
zeigt, dass die Coulombbarriere umso kleiner ist, je kleiner
die positiven Ladungen
Z
der Kerne sind. Am günstigsten wäre
Z
X
=
, das heißt
die Vereinigung von zwei Neutronen. Aber es gibt keinen gebundenen Di-Neutron-Zu-
stand, also bei dieser Reaktion ist immer
B
S
≫
Z
Y
=
B
C
. Die erste günstige Vereinigung, für die
B
S
≪
gilt, tritt auf bei der Vereinigung von Deuterium
und Tritium zu Helium, also bei der Reaktion
B
C
ist und gleichzeitig
Z
X
=
Z
Y
=
He
d
+
t
→
+
n
+
,MeV.
(5.26)
ManbezeichnetdieseReaktionalsFusionsreaktionodereinfachals
Fusion
.Gleichung
5.26
besagt, dass pro kg der Wasserstosotope Deuterium (d) und Tritium (t) im Mischungs-
verhältnis
kg
−
freigesetzt wird.
Allerdings kann diese Fusionsreaktion nicht ohne weiteres technisch realisiert werden,
weil
Tritium
radioaktiv ist und in der Natur nicht vorkommt. Es muss daher zunächst
dafür genutzt, und zwar mithilfe einer weiteren Kernreaktion
kWh
∶
eine Energie von ,
⋅
⋅
Li→
He+t+,MeV.
n+
(5.27)
W
m
=
MeV
kg
−
.
,
⋅
⋅
(5.28)
Diese Energie kann jedoch nicht vollständig in eine beliebige andere Energieform um-
gewandelt werden, denn ein Teil wird benötigt, um die Fusionspartner Deuterium und
Tritium auf der erforderliche Energie
W
kin
zu beschleunigen. Im nächsten Abschnitt wer-
den wir lernen, dass
W
kin
≈
,
,
,
= ,.
−
η
=
(5.29)
