Kernfusion?

PeterK2000 · Anmeldungsdatum: 16.04.2016 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo,

ich und mein Freund (beide 9. Klasse) müssen demnächst ein Referat über die Kernfusion halten. Leider ist die ganze Sache sehr kompliziert und deshalb brauchen wir da etwas Unterstützung.

1)Wir fragen uns u.a., warum bei der Kernfusion überhaupt funktioniert, also warum da Energie frei wird.

2)Was genau ist der Unterschied zwischen Stellatoren und Tokamaks vom Prinzip her?

Meine Ideen:
1) Mein Vater (selbst promovierter Physiker im Bereich Strömungsphysik, ist aber schon 20 Jahre her und seitdem ist er in der Informatik tätig, also etwas aus der Übung) meinte, dass die Energie dadruch frei wird, weil wegen der starken Wechselwirkung die beiden Kerne so heftig zusammenprallen, dass dadurch Energie freiwird, ähnlich der Hitze, wenn ein Stein auf den Boden prallt. Im Netz haben wir aber nur andere Erklärungen gefunden, eben die mit E=m*c² und dass dadurch dein Teil der Masse zu Energie wird. Was stimmt denn nun?

2)Bei beiden wird ja das Plasma durch ein Magnetfeld eingeschlossen und sie sehen ja auch sehr ähnlich aus. Auf Wikipedia steht irgendwas von einem Strom, der beim Stellator von alleine existiert, aber das haben wir beide nicht verstanden (Strom im Sinne von Elektrik oder was? :-))

Dann müssen wir das Referat noch auf 15 Minuten bringen und auch noch für die anderen, die natürlich noch nie etwas von Quantenmechanik gehört haben, den Tunneleffekt erklären... :-P

Ich hoffe auf gute Antworten und danke im Voraus

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

1) Bindungsenergie ... und mal an einem typischen Beispiel überschlagen (Deuterium / Tritium).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18027

Zu 1)

Man betrachte die Ruheenergie der beiden Kerne 1,2 (z.B. Deuterium und Tritium) im initialen Zustand, d.h.

sowie analog die Ruhenergie der resultierenden Kerne 3,4 (z.B. Helium-4 sowie ein freies Neutron) im finalen Zustand

Wenn nun gilt, dass

dann wird die Energiedifferenz als kinetische Energie der beiden resultierenden Kerne frei.

Zu 2)

Um das ringförmige Plasma stabil durch ein Magnetfeld einzuschließen, benötigt man eine komplizierte Magnetfeldgeometrie, die die geladenen Teilchen nicht einfach entlang ringförmig geschlossener Magnetfeldlinine um den Torus herumleitet, sondern entlang schraubenförmiger Magnetfeldlininen. Diese "Verdrillung" des Magnetfeldes kann man entweder durch einen vom Plasma selbst getragenen umlaufenden Strom erreichen (Tokamak) oder durch eine kompliziertere Geometrie der Magnetspulen (Stellerator).

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Ein Tokamak-Fusionsreaktor ähnelt vom Aussehen her einem Donut und zeichnet sich dadurch aus, dass außen angebrachte Spulen ein toroidales Magnetfeld erzeugen. Da die Teilchen des Plasmas wegen Temperaturunterschieden aber Verwirbelungen mit den Plasmateilchen am Rand bilden, braucht man ein zweites Magnetfeld, ein poloidales, sodass sich die Teilchen in einer Art Schraubenbahn im Torus bewegen. Beim Tokamak wird dieses Magnetfeld durch das Plasma selbst erzeugt.

Der im Aufbau komplizierte Stellarator-Typ erzeugt sowohl das toroidale als auch das poloidale Magnetfeld selbst durch Spulen, die so angeordnet sind, dass der ganze Stellarator aussieht wie ein Möbiusband - das Band, das sich in sich selbst zurückdreht. Dadurch folgen die Plasmateilchen ebenfalls wieder eine Art Schraubenbahn und es werden Verwirbelungen vermieden.

Das Funktionsprinzip von Stellarator und Tokamak findest du hier

https://de.wikipedia.org/wiki/Tokamak

und hier

https://de.wikipedia.org/wiki/Stellarator .

Vielleicht noch schnell was zum Tunneleffekt:

Der Tunneleffekt ist ganz nützlich bei der Kernfusion. Der Tunneleffekt tritt dann auf, wenn ein Teilchen ein Potential (ein "Hindernis") überwinden kann, obwohl es eigentlich nicht genug Energie dafür haben sollte:

https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt

Kannst du dir mit der Erklärung vielleicht denken, warum das so nützlich ist für Kernfusionsprozesse?