Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Bindungsenergie [MeV]/Nukleon Massenzahl Energiegewinn durch Kernfusion.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Bindungsenergie [MeV]/Nukleon Massenzahl Energiegewinn durch Kernfusion."—  Präsentation transkript:

1 Bindungsenergie [MeV]/Nukleon Massenzahl Energiegewinn durch Kernfusion

2 Fusionsreaktionen auf der Sonne: Protonenkette Bethe-Weizsäcker-Zyklus bei heißeren Sternen wichtigste:

3 (1) D + D=> 3 He (0,8) + n (2,5) => T (1) + p (3) (2) D + 3 He=> 4 He (3,7) + p (14,7) (3) D + T=> 4 He (3,5) + n (14) (4) p + 11 B=> 3 × 4 He (3 ×2,9) Mögliche Fusionsreaktionen

4 r m ~ 4· m E DT ~ 0,4 MeV (für DT) Mindestenergie erforderlich! Coulomb-Abstoßung muss überwunden werden

5 Warum hat D-T-Reaktion größten Reaktionsquerschnitt bei „kleinen“ Temperaturen? Termschema des instabilen 5 He D+T  Resonanter Mechanismus 4 He+n Energiegewinn: 0.89 MeV

6 Zur Überwindung der Coulomb-Barriere thermisches Plasma erforderlich, da Stoßquerschnitt für Coulombstöße größer als Fusionsquerschnitt! Fusionsquerschnitt im thermischen Plasma: Schwerpunkt-System:

7 Thermisches Plasma mit 10 …. 20 keV nötig zur Energiegewinnung durch Fusionsreaktionen Wirkungsquerschnitt für Fusionsreaktionen im thermischen Plasma ~ T 2

8 1T31T3 1D21D2 0n10n1 (3.5 MeV) 2 He 4 (14.1 MeV) Deuterium-Tritium-Fusion Impulserhaltung: Energieerhaltung: Aufteilung des Energiegewinns auf die Endprodukte Höchste Fusionsleistung bei n D :n T = 1: 1

9 Energiebilanz Energiegewinn: Energieverlust: Energie-Einschlusszeit (charakteristische Abkühlzeit) (bei T ~ 10 … 20 keV) Reaktionsquerschnitt: Quasineutralität: n e = n DT Aus Energiebilanzfolgt:

10 Trägheitseinschluß (Inertialfusion) n   und T liegen fest, aber Druck p=nT frei wählbar Inertialfusion: schnelles Aufheizen (Laser, Schwerionenstrahl) Einschluß durch Trägheit (Ionenschallzeitskala) miniaturisierte Explosion n groß (10 31 m -3 ),   klein ( s)  Druck vergleichbar mit dem Sonneninneren(!)

11 Zündbedingung unter Berücksichtigung von Verunreinigungen „Verdünnung“ durch Elektronen von Verunreinigungsionen: =>bei gleichem Druck weniger D-T-Ionen Aus Energiebilanz erhält man dann (inkl. Strahlungsverluste):

12 Teilchenbilanz (He): Tolerierbarer He-Anteil: Vereinfacht (f He << f DT ) „Verdünnung“ durch Elektronen von Verunreinigungsionen

13 Berücksichtigung von Strahlungsverlusten Bremsstrahlung: Effektive Ladungszahl: Energiebilanz (inkl. Strahlungsverlusten): Energieeinschlusszeit, korrigiert um Strahlungsverluste

14 Zündbedingung: ohne Verdünnung durch Verunreinigungen Q = 1break even"(Definition) Q  für wirtschaftlichen Reaktorbetrieb benötigter Mindestwert Q =  voll gezündetes Plasma

15 T (keV) n e T  E (10 22  m -3 keVs) ,1  = Zündbedingung unter Berücksichtigung der He-Asche   p /  E

16 O C B Be 0 10% 20%  p /  E ) max Verunreinigungs- konzentration 0 Berücksichtigung weiterer Verunreinigungen

17 Einfluß der Verunreinigungsprofile

18 Erreichte Parameter in Magnetfusion

19 Kalte Fusion? Erniedrigung der Coulomb-Barriere nötig Wasserstoff in Festkörper einlagern? (bisher kein Erfolg) Myonischer Wasserstoff: Bindungslänge: Tunnelwahrscheinlichkeit erhöht: Reaktionszeit s D 2 T 2 -Gasgemisch Myonen zusetzen: Myonen-katalysierte Fusion Myonen: Katalysator

20 Myonen-katalysierte Fusion Myonen erzeugt in Beschleuniger (3 GeV) zerfällt innerhalb von 10-6 s abgebremst im D 2 T 2 -Gasgemisch, Zeit für Erzeugung von D  T: s :Myon könnte in Lebensdauer ca Fusionsreaktionen katalysieren Problem: konkurrierende Reaktion (Wahrscheinlichkeit 0.6%) Ein Myon kann theoretisch noch 170 Fusionreaktionen katalysieren (Experiment: ca. 100) Keine positive Energiebilanz


Herunterladen ppt "Bindungsenergie [MeV]/Nukleon Massenzahl Energiegewinn durch Kernfusion."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen