Fusionsorientierte Plasmen


Hier werden die Plasmen beschrieben, wie sie bei den Untersuchungen zur Kernfusion auftreten. Im allgemeinen sind dies Plasmen, die dem idealen Plasmazustand sehr nahe kommen, d.h. die Anzahl der Teilchen in einer Debye-Kugel ist viel größer als 1 und das Plasma ist vollständig ionisiert.

FusionKlein.jpg Theoretisch stehen eine Reihe von verschiedenen Kernreaktionen zur Verfügung, mit denen sich Fusionsenergie gewinnen ließe. Tatsächlich aber wird aus praktischen Gründen nur eine Reaktion verfolgt, nämlich die, bei je ein Deuterium- und Tritium-Kern zu einem Heliumkern und einem Neutron verschmelzen. Bei den dazu erforderlichen Temperaturen und Dichten liegt das Gasgemisch aus Deuterium und Tritium als Plasma vor.
ASDEX.jpg Beim magnetischen Einschluss wird versucht, das Plasma durch (meist) ringförmig in sich geschlossene Magnetfelder vor unmittelbarem Wandkontakt fernzuhalten. Dies ist möglich, da sich die Ionen und die Elektronen entlang von Magnetfeldlinien auf Schraubenbahnen bewegen, ihre Beweglichkeit senkrecht zu den Magnetfeldlinien dadurch stark eingeschränkt ist. Optimal werden die Einschlusseigenschaften des Magnetfeldes aber erst dann, wenn die Feldlinien zusätzlich schraubenförmig verdreht sind.
InertialKlein.jpg Beim Trägheitseinschluss (engl. inertial confinement fusion, ICF) wird eine kleine Kapsel eines Deuterium / Tritium Gemisches durch Laser- oder Teilchenstrahlen zur Zündung gebracht. Das heiße Plasma wird einzig durch seine Trägheit zusammengehalten. Bei sehr hoher Dichte ist es möglich, dass in der Zeit, die die Masse zum explosionsartigen Expandieren braucht, bereits so viele Fusionsreaktionen stattfinden, dass die dabei freiwerdende Energie ein Vielfaches der zur Zündung aufgewandten Energie beträgt.
ReaktorKlein.jpg In einem Fusionsreaktor müssen zu den physikalischen Herausforderung wie Plasmazündung und Plasmaeinschluss auch technische Fragen und Materialprobleme gelöst werden. diese umfassen die Entwicklung neutronenresistenter Wandmaterialien, das Erbrüten von Tritium, Sicherheit im Umgang mit Tritium und die Entsorgung aktivierter Materialien.
InstitutKlein.jpg Viele Forschungsinstitute auf der ganzen Welt widmen sich der Kernfusion und bemühen sich, die noch bestehenden Problem zu lösen. Eine (unvollständige) Liste findet sich hier.