Kann kontrollierte Kernfusion Realität werden?

Wir leben in einem Zeitalter der technologischen Explosion, in dem fast täglich neue Dinge auf den Markt kommen. Unter allen erwarteten Zukunftstechnologien wird jedoch zweifellos die kontrollierte Kernfusion am meisten erwartet.

Warum ist die Menschheit so besorgt um die kontrollierte Kernfusion? Da es sich hierbei um eine transformative Technologie handelt, die sich von anderen Technologien unterscheidet, wird ihr Erfolg unsere Lebensweise völlig verändern und der menschlichen Zivilisation den Eintritt in eine neue Entwicklungsstufe ermöglichen. Energie ist die Grundlage der Entwicklung der Zivilisation. Je fortgeschrittener die Zivilisation ist, desto größer ist der Energiebedarf. Wenn sich die Art der Energiegewinnung nicht ändert, wird es für die Zivilisation schwierig sein, weiter voranzukommen. Nehmen wir zum Beispiel die fossile Energie, die die Menschheit heute nutzt. Es ist der Hauptfaktor, der die Bewegung der Menschheit in Richtung Sterne und Meer einschränkt. Fossile Energie ist so schwer, dass eine Trägerrakete mit einem Gewicht von über 3.000 Tonnen nur eine Nutzlast von etwa 100 Tonnen hat. Wie können wir in diesem Fall zu den Sternen und zum Meer fliegen?

Bei der kontrollierten Kernfusion ist das anders. Es ist äußerst effizient und sehr stabil. Wenn eine kontrollierte Kernfusion möglich ist, können wir uns in ferner Zukunft zumindest frei im Sonnensystem bewegen und die Raumschiffe aus Science-Fiction-Filmen werden Wirklichkeit.

Ein weiterer Vorteil der kontrollierten Kernfusion ist ihre Sauberkeit. Verglichen mit der Umweltverschmutzung durch fossile Brennstoffe ist Kernenergie zweifellos sauber. Allerdings entsteht bei der herkömmlichen kontrollierten Kernspaltung immer noch eine gewisse Menge radioaktiver Abfälle, und wenn es zu einem nuklearen Leck kommt, kann dies zu einer schweren nuklearen Verschmutzung der umliegenden Gebiete führen. Bei der kontrollierten Kernfusion ist das jedoch anders. Es kann unter natürlichen Bedingungen stabil reagieren und erzeugt weder radioaktive Abfälle noch besteht die Gefahr eines nuklearen Lecks. Kontrollierte Kernfusion ist so großartig, was ist ihr Prinzip?

Einfach ausgedrückt besteht die kontrollierte Kernfusion darin, zwei leichte Atome bei hoher Temperatur und hohem Druck kollidieren zu lassen, sodass sich ein schweres Atom bildet. Bei diesem Vorgang kommt es zu einem Masseverlust und die verlorene Masse wird in Form von Energie freigesetzt.

Aus der Masse-Energie-Gleichung wissen wir, dass Energie gleich der Masse multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat ist, sodass jeder noch so kleine Masseverlust in enorme Energie umgewandelt wird. Welche Rohstoffe werden konkret für die kontrollierte Kernfusion benötigt? Manche Leute sagen, es sei Helium-3. Tatsächlich können Deuterium und Helium-3 Kernfusionsreaktionen eingehen und auf dem Mond gibt es reichlich Helium-3-Vorkommen. Das Problem besteht jedoch darin, dass der technische Aufwand dieser Reaktion relativ hoch ist und sie zur zweiten Generation der Kernfusion gehört. Was wir derzeit untersuchen, ist die erste Generation der Kernfusion, die technisch relativ wenig aufwändig ist. Als Ausgangsstoffe werden zwei Wasserstoffisotope, Deuterium und Tritium, verwendet.

Gibt es auf der Erde reichlich Deuterium und Tritium?

Deuterium kommt sehr häufig vor. Wir wissen, dass es dem blauen Planeten Erde am wenigsten an Meerwasser mangelt. 71 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt und jeder Liter Meerwasser enthält 0,03 Gramm Deuterium. Insgesamt befinden sich in den Ozeanen der Erde bis zu 40 Billionen Tonnen Deuterium. Wenn es nur für kontrollierte Kernfusionsreaktionen verwendet wird, kann man sagen, dass es unerschöpflich ist.

Im Gegensatz zu Deuterium ist Tritium auf der Erde sehr selten. Obwohl Tritium ein Wasserstoffisotop ist, handelt es sich um ein radioaktives Element, dessen Halbwertszeit mit nur 12,43 Jahren sehr kurz ist. Selbst wenn Tritium in der Natur vorkommt, zerfällt es daher schnell in andere Substanzen und kann nicht lange konserviert werden. In der Natur gibt es fast keine Bedingungen für die natürliche Synthese von Tritium.

Tritium ist auf der Erde sehr selten, für die kontrollierte Kernfusion jedoch unverzichtbar. Was sollen wir tun? Es kann nur künstlich synthetisiert werden.

Im Prinzip ist es nicht allzu schwierig, Tritium zu synthetisieren. Es kann durch Beschuss von Lithium mit Neutronen gewonnen werden. Wenn Sie synthetisches Tritium herstellen möchten, können Sie in der Realität die Gas-Flüssigkeits-Katalyse-Austauschtechnologie und eine spezielle Elektrolysetechnologie verwenden. Tatsächlich ist es nicht schwierig, Tritium künstlich zu synthetisieren. Die Schwierigkeit liegt im Verbrauch und den Kosten. Der Zweck der Untersuchung kontrollierter Kernfusion besteht in der Energiegewinnung. Der Prozess der Tritiumherstellung verbraucht zwangsläufig Energie, und auch die anschließende Fusionsreaktion verbraucht Energie. Können Verbrauch und Produktion also proportional sein? Obwohl es viele Technologien zur künstlichen Synthese von Tritium gibt, sind die Kosten sehr hoch und die Massenproduktion ist immer noch schwierig. Dies ist auch eine Schwierigkeit bei der Forschung zur kontrollierten Kernfusion.

Neben der Beschaffung der Rohstoffe gibt es bei der kontrollierten Kernfusion auch zahlreiche Schwierigkeiten.

Der Grund, warum die Sonne Licht und Wärme abgeben kann, liegt in der Kernfusionsreaktion in ihrem Inneren. Daher wird die kontrollierte Kernfusion auch als „kleine Sonne“ bezeichnet. Anders als in der Sonne ist der Druck im Inneren der Sonne jedoch sehr hoch. Auf der Erde kann jedoch kein so hoher Druck erzeugt werden, sodass zur Förderung von Fusionsreaktionen eine höhere Temperatur erforderlich ist. Diese Temperatur liegt weit über dem Schmelzpunkt aller bekannten Materialien. Was kann also zur Unterstützung der Fusionsreaktion verwendet werden? Die aktuelle Forschungsrichtung konzentriert sich hauptsächlich auf die Eingrenzung magnetischer Felder, und es ist denkbar, dass dieser Forschungsweg voller Dornen ist. Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass es noch hundert Jahre dauern wird, bis eine kontrollierte Kernfusion gelingt, andere wiederum sind optimistisch und gehen davon aus, dass es nur noch wenige Jahre dauern wird. Tatsächlich handelt es sich dabei nach dem aktuellen Forschungsstand lediglich um unbegründete Spekulationen. Wir können nur hoffen, dass diese revolutionäre Technologie noch zu unseren Lebzeiten entsteht.

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