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Heiße Zwerge( Kernfusion)

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Beitrag von Frank » 22. Okt 2016, 07:19

Das Megaprojekt ITER verspricht seit Jahrzehnten vergeblich billigen und sauberen Strom aus der Kernfusion. Private Unternehmen wollen dieses Versprechen nun einlösen.

Sehr interessanter Artikel :well:

http://www.heise.de/tr/artikel/Heisse-Z ... 12095.html
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Kurt » 22. Okt 2016, 14:56

Frank hat geschrieben:Das Megaprojekt ITER verspricht seit Jahrzehnten vergeblich billigen und sauberen Strom aus der Kernfusion. Private Unternehmen wollen dieses Versprechen nun einlösen.
Leisen Widerspruch bringe ich mal vor.

Um Kerne zusammenzubringen ist Leistung notwendig (sie müssen sozusagen ineinander gedrückt werden).
Ob man diese Leistung wieder zurückbekommt das wage ich mal leise zu bezweifeln.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von tomS » 22. Okt 2016, 15:24

Kurt hat geschrieben:Um Kerne zusammenzubringen ist Leistung notwendig (sie müssen sozusagen ineinander gedrückt werden).
Ob man diese Leistung wieder zurückbekommt das wage ich mal leise zu bezweifeln.
Die Sonne bringt dies ständig zuwege, und auch Fusionsreaktoren haben kurzzeitig bereits eine positive Energiebilanz erbracht; siehe

Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion
Nature 506, 343–348 (20 February 2014) doi:10.1038/nature13008
Received 01 November 2013 Accepted 07 January 2014 Published online 12 February 2014
Corrigendum (June, 2014)

Hier findest du einen Überblick zur Energiebilanz der verschiedenen Fusionsprozesse

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kernfusion

Davon muss man jedoch noch die benötigte Energie abziehen, um die Kerne auf die benötigten Geschwindigkeiten zu beschleunigen, d.h. um das Plasma auf die entsprechenden Energien aufzuheizen.

Die positive Energiebilanz ist nicht das eigtl. Problem beim Konzept der Fusionsreaktoren. Wesentlich komplizierter ist es, einen dauerhaften Betrieb sicherzustellen und die freiwerdende Energie in eine nutzbare Form (Strom, ...) umzuwandeln.
Gruß
Tom

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Frank » 22. Okt 2016, 16:19

Kurt hat geschrieben:
Frank hat geschrieben:Das Megaprojekt ITER verspricht seit Jahrzehnten vergeblich billigen und sauberen Strom aus der Kernfusion. Private Unternehmen wollen dieses Versprechen nun einlösen.
Leisen Widerspruch bringe ich mal vor.

Um Kerne zusammenzubringen ist Leistung notwendig (sie müssen sozusagen ineinander gedrückt werden).
Ob man diese Leistung wieder zurückbekommt das wage ich mal leise zu bezweifeln.

Kurt
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Und ja, wenn man es schafft, dann ist es die Energiequelle schlechthin. ( Mit den von TomS genannten "Flaschenhälsen, die es noch zu überwinden gilt)
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Kurt » 22. Okt 2016, 23:40

tomS hat geschrieben: Hier findest du einen Überblick zur Energiebilanz der verschiedenen Fusionsprozesse

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kernfusion
Wenn ich das richtig interpretiere werden da:
- ein Kern mit einem Proton und einem Neutron
- ein Kern mit einem Proton und zwei Neutrons zusammengebracht.
Das Ergebnis ist ein Kern mit zwei Protonen und zwei Neutronen, das überschüssige Neutron wird abgestossen bzw. nicht in den Kern eingebaut.

Damit der neue Kern sich bilden kann/gebildet wird ist grosse und passende Bewegung notwendig.

Wieso geht man davon aus dass da mehr übrig bleibt als aufzuwenden ist?

Kurt
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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von tomS » 23. Okt 2016, 08:32

Kurt hat geschrieben:Damit der neue Kern sich bilden kann/gebildet wird ist grosse und passende Bewegungs[energie] notwendig.

Wieso geht man davon aus dass da mehr übrig bleibt als aufzuwenden ist?
Man geht nicht davon aus, man weiß das. Letztlich handelt es sich um einen Effekt, der mit den Bindungsenergien der beteiligten Kerne zu tun hat.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Bindungsenergie

Die (negativ zu zählende) Bindungsenergie der entstehenden Kerne tritt als (positiv zu zählende) kinetische Energie der Reaktionsprodukte in Erscheinung.

Man kennt den Effekt bereits aus der Chemie: um eine grundsätzlich exotherme Reaktion wie eine Verbrennung zu starten, muss man zunächst Energie aufwenden, z.B. mittels einer Streichholzflamme. Die dann gestartete Reaktion setzt Energie frei; diese Energie startet die Reaktion bei weiteren beteiligten Molekülen, wird jedoch z.T. auch als Wärme abgeführt.

Genauso verhält es sich bei der Kernfusion. Allerdings liegen die beteiligten Energieskalen millionenfach höher, sowohl was die aufzuwendende Energie (und damit die Temperatur des Plasmas) als auch was die freiwerdende Energie betrifft. Zum Vergleich:
in der Chemie reden wir über Energien im eV-Bereich, bei der Kernfusion über solche im MeV-Bereich.
Gruß
Tom

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Frank » 24. Okt 2016, 11:05

Interessant ist der Beitrag des Wegen schon, weil er einen komplett anderen Weg aufzeigt. Ist vielleicht viel Wunschdenken dabei, aber nur so geht es vorwärts.
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von deltaxp » 24. Okt 2016, 12:43

Okay, Kurt. Ich hab den eindruck, dass dir nicht klar ist, dass es sich um verschiedenen formen von Wechselwirkungen handelt, die bei der Kernfusion eine rolle spielen.

Es gibt
Gravitation (die kann man hierbei vernachlässigen, viel viel viel zu klein)
Elekromagnetismus (Das spielt eine rolle)
Schwache Wechselwirkung (das spielt eine Rolle)
Starke Wechselwirkung (das spielt eine Rolle)

Die starke Wechselwirkung ist ungefähr 100 mal stärker als der Elektromagnetismus, wirkt aber letzlich nur auf kerngröße (kann man begründen, mach ich aber nicht hier). Und deswegen wird, wenn ich es schaffe die kerne so nahe zusammenzubringen sie den elektrpomagnetismus überwiegen. die schwache Wechselwirkung spielt eine vermittelnde rolle, da sich Neutronen in Protonen verwandeln, sie bestimmt daher die zeitskale.

das heisst du musst Energie aufwenden um die elekttrostatische abstpssung soweit zu überbrücken, damit die kerne auf Tuchfühlung kommen. das kostet in der tat viel Energie. aber wenn dann erstmal die starke Wechselwirkung zuschlägt, stärker wird als der Elektromagnetismus, dann wird sie die beiden kerne verbinden. der verbundene kern hat viel weniger Energie als die eninzelnen (ist leichter) die masse-Differenz , das ist die frei werdende bindungsenergie, die ist viel viel größer als das was du an Energie aufwenden musst , um sie so nahe zu bringen. deswegen ist die gesamtenergiebilanz positiv. die sonne macht das seit Milliarden von jahren und noch einige. Fusionsreaktoren versuchen das halt technisch in den griff zu kriegen, was sehr anspruchsvoll ist.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Kurt » 24. Okt 2016, 23:41

tomS hat geschrieben:
Kurt hat geschrieben:Damit der neue Kern sich bilden kann/gebildet wird ist grosse und passende Bewegung notwendig.

Wieso geht man davon aus dass da mehr übrig bleibt als aufzuwenden ist?
Man geht nicht davon aus, man weiß das. Letztlich handelt es sich um einen Effekt, der mit den Bindungsenergien der beteiligten Kerne zu tun hat.
Ich kann mich ev. durchaus damit anfreunden dass mehr übrigbleibt als reingesteckt werden muss (Die "Verluste" mal aussenvor gelassen)

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kernfus ... fusion.svg

Der Kern mit dem Proton und dem Neutron wird ja schon fertig geliefert, ebenso der Kern mit dem Proton und den zwei Neutronen.
Gelingt es beide Kerne zusammenzubringen dann wird ein Neutron abgestossen.

Anscheinend ist es aufwendiger ein Proton und ein Elektron zu einem Neutron zusammenzubinden als zwei Protonen und zwei Neutronen jeweils für sich.
Wird das was das Neutron ausmacht freigesetzt, es bleibt ja quasi übrig und wird stark beansprucht, dann kann das wohl durchaus einen Überschuss ergeben.

Im Prinzip ist das wohl auch eine Art Kernspaltung, der Kern mit den beiden Neutronen wird ja "zerstört"


Kurt
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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Frank » 25. Okt 2016, 09:33

Kurt hat geschrieben:Im Prinzip ist das wohl auch eine Art Kernspaltung, der Kern mit den beiden Neutronen wird ja "zerstört"
In der Regel haben die Männer rote Bärte..........

Nein ist es nicht.

http://www.klausuren.de/inhalt/kategori ... usion.html
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von deltaxp » 25. Okt 2016, 11:43

Kurt hat geschrieben:
Anscheinend ist es aufwendiger ein Proton und ein Elektron zu einem Neutron zusammenzubinden als zwei Protonen und zwei Neutronen jeweils für sich.
das sind zwei vollkommen unterschiedliche wechselwirkungstypen, wie ich oben beschrieb, letzterer ist die starke Wechselwirkung, erstere ist die schwache Wechselwirkung, die schwach heisst, weil sie schwach im sinne von selten ist. die zeitskala des Prozessen wir daher on der schwachenwechselwirkung bestimmt.

dat is wie wenn mammi-vogel ihr kücken füttert. das kücken (die starke Wechselwirkung) hat immer hunger, aber wann es was zu futtern kriegt, bestimmt die Geschwindigkeit mit der mammi das futter ranbringt (schwache Wechselwirkung).

oh man, das is aber ne sch...wache Analogie :)

aber du hast in dem sinne recht, das Kernspaltung auf der schwachen Wechselwirkung basiert.
im Prinzip ist es so: leichte Elemente kannst du bis eisen fusionieren um Energie zu gewinne, schwere Elemente bis eisen spalten um Energie zu gewinnen, eisen selbst ist der minimale energiezustand. Große schwere Sterne schaffen es bis eisen, die leichten wie unsere sonne nur bis Kohlenstoff und Sauerstoff. wir, wenn wir glück haben wohl nur bis Helium oder so.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von gravi » 25. Okt 2016, 19:19

Ich weiß nicht, ob Fusionsreaktoren jemals wirtschaftlich betrieben werden können. Selbst bei der Deuterium-Tritium- Fusion muss man mehr Energie (Temperatur, Druck) hineinstecken, als man heraus bekommt. Die Sterne tun sich da etwas leichter: Sie haben genügend Eigenenergie durch die nach innen gerichtete Gravitation "kostenlos" zur Verfügung, um Druck und Temperatur soweit im Zentrum anzuheben, dass dort sogar die Kernteilchen (mit Hilfe des Tunneleffekts) fusionieren können. Eine solche, kostengünstige Kraft fehlt aber den irdischen Fusionsrekator- Konstrukteuren...

Mir ist auch nicht klar, ob wir wirklich solche Reaktoren benötigen. Die Natur (Sonne, Wind, Wasser, Gezeiten...) stellt uns doch so viele Energiequellen zur Verfügung. Schon jetzt produzieren wir ja viel mehr erneuerbare Energien als überhaupt benötigt werden. Was soll das also... :wn:
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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von seeker » 25. Okt 2016, 23:53

gravi hat geschrieben:Mir ist auch nicht klar, ob wir wirklich solche Reaktoren benötigen. Die Natur (Sonne, Wind, Wasser, Gezeiten...) stellt uns doch so viele Energiequellen zur Verfügung. Schon jetzt produzieren wir ja viel mehr erneuerbare Energien als überhaupt benötigt werden. Was soll das also...
Na wir wollen damit natürlich irgendwann in der Zukunft Raumfahrt betreiben, gravi! :D

Aber mit den privaten Projekten zur Fusion... warten wir es ab, vielleicht probieren die noch andere innovative Dinge aus, die uns voranbringen, was ja gut wäre. Ich befürchte nur, dass da mehr getrommelt wird, als tatsächlich Substanz da ist, man denke nur an so Projekte wie die private Marsbesiedlung von den Holländern, innerhalb der nächsten 20 Jahre, etc. ... und soo privat ist das wahrscheinlich auch alles nicht, ich vermute, dass da kräftig Fördergelder von der öffentlichen Hand aquiriert wurden/werden.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von positronium » 26. Okt 2016, 10:25

seeker hat geschrieben:Ich befürchte nur, dass da mehr getrommelt wird, als tatsächlich Substanz da ist, man denke nur an so Projekte wie die private Marsbesiedlung von den Holländern, innerhalb der nächsten 20 Jahre, etc. ...
Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Investoren bei solchen Summen nicht genau hinschauen, wem sie das Geld geben, und bestimmt holen die die Meinung von dritten, kompetenten Leuten ein.
Bei dem Marsprojekt ist das glaube ich anders: Damit soll doch von Anfang an Geld verdient werden. - Habe mich aber nicht nennenswert damit befasst...

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von seeker » 26. Okt 2016, 10:59

Kann sein. Trotzdem wird da natürlich kräftig getrommelt und aus dem Fester gelehnt - das gehört zum Geschäft, heute mehr denn je.
Warten wir es ab, so ein Vorhaben auf ' finanzieller Sparflamme' verwirklichen zu wollen schaut für mich im Moment fast mehr als ambitioniert aus.

Auf der anderen Seite:
Was da halt bei so öffentlichen Großforschungsprojekten schwierig ist, ist die Unzahl an beteiligten Akteuren - und die Auswahl derselben geschieht auch nicht immer zu 100% aus sachlichen Gründen, da können auch politische Dinge, etc. mit hineinspielen.
Das macht die Koordination aüßerst aufwändig und es kann leicht passieren, dass dann mehr auf Meetings getagt wird und Papier vollgeschrieben wird als dass tatsächlich etwas geschaftt wird. Eine wissenschaftliche Herangehensweise ist auch nicht immer unbedingt die pragmatischste und die Motivation der Beteiligten Partner ist auch nicht immer bei allen unbedingt dadurch gegeben, dass man "das Ding unbedingt zum Laufen bringen will".
Das kann solche Geschichten recht zäh werden lassen. Aber ja, zuerst muss man die Grundlagenforschung genügend weit vorantreiben, bevor man dann pragmatischer an die tatsächliche Umsetzung gehen kann. Vielleicht denken die privaten Akteure, dass heute schon genug Grundlagenverständnis vorhanden ist, um das jetzt mit genügender Erfolgswahrscheinlichkeit angehen zu können? Ob das so ist, weiß ich nicht.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von positronium » 26. Okt 2016, 11:27

seeker hat geschrieben:Vielleicht denken die privaten Akteure, dass heute schon genug Grundlagenverständnis vorhanden ist, um das jetzt mit genügender Erfolgswahrscheinlichkeit angehen zu können? Ob das so ist, weiß ich nicht.
Gut möglich, weiss ich aber auch nicht.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von Frank » 26. Okt 2016, 12:20

positronium hat geschrieben:
seeker hat geschrieben:Vielleicht denken die privaten Akteure, dass heute schon genug Grundlagenverständnis vorhanden ist, um das jetzt mit genügender Erfolgswahrscheinlichkeit angehen zu können? Ob das so ist, weiß ich nicht.
Gut möglich, weiss ich aber auch nicht.

Ich bin der Meinung das gerade bei den Großprojekten auch oft die Floskel,"Viele Köche verderben den Brei", angewandt werden kann.
Kleine , bewegliche Teams, die zwar wahrscheinlich dem Gewinn/Profit verpflichtet sind, aber nur dem(!), sind da vielleicht viel effektiver, auch weil sie nicht hinter allem gleich den lieben Gott suchen.
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von deltaxp » 26. Okt 2016, 12:49

gravi hat geschrieben:Mir ist auch nicht klar, ob wir wirklich solche Reaktoren benötigen. Die Natur (Sonne, Wind, Wasser, Gezeiten...) stellt uns doch so viele Energiequellen zur Verfügung. Schon jetzt produzieren wir ja viel mehr erneuerbare Energien als überhaupt benötigt werden. Was soll das
wenn es keine fossilen Brennstoffe mehr gibt und kein Strom durch Spaltung in der Gesellschaft akzeptiert wird, reichen die erneuerbaren energie-quellen derzeit noch lange nicht aus. solange man keine riesigen solaranlagen im Kosmos baut und damit nicht von wind und wetter abhängt braucht man eben eien alternative. der mix machts. Kernfusion ist nunmal, wenn man es hinkriegt ein irres energie-zu-treibstoff-Verhältnis. wenn man das hinkriegt, am besten noch auf kleinen skalen hast du damit Mobilität ende zu kleinen kosten. energetisch intensive industrieanwendungen werden lächerlich günstig usw. das ist schon der heilige Gral. ein besseres energie-treibstoff-Ration kriegst du wohl nur bei Ausbeutung von schwarzen löchern hin oder das Maximum materie-Antimaterie.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von positronium » 26. Okt 2016, 12:58

Frank hat geschrieben:Ich bin der Meinung das gerade bei den Großprojekten auch oft die Floskel,"Viele Köche verderben den Brei", angewandt werden kann.
Kleine , bewegliche Teams, die zwar wahrscheinlich dem Gewinn/Profit verpflichtet sind, aber nur dem(!), sind da vielleicht viel effektiver, auch weil sie nicht hinter allem gleich den lieben Gott suchen.
Ich glaube, da muss man vor allem was das angesprochene Grundlagenwissen betrifft, unterscheiden: Muss man Grundlagenforschung betreiben, oder "nur" entwickeln.
Entwicklung kann durch erfahrene Wissenschaftler und Ingenieure zeitlich und arbeitsaufwandsbezogen öfter einigermassen gut eingeschätzt werden; bei der Grundlagenforschung ist das m.M.n. meist nicht möglich.
Wenn die Grundlagen alle bekannt sind, und das dürften sie bei der Kernfusion vermutlich sein, ist es Entwicklungsarbeit - da könntest Du Recht haben. Die Leute stehen aber bestimmt vor enormen mathematischen Herausforderungen und Limitierungen, die nur durch Experimente beseitigt werden können - das ist wohl das teuere an solchen Projekten.

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Re: Heiße Zwerge( Kernfusion)

Beitrag von seeker » 26. Okt 2016, 19:18

positronium hat geschrieben:Entwicklung kann durch erfahrene Wissenschaftler und Ingenieure zeitlich und arbeitsaufwandsbezogen öfter einigermassen gut eingeschätzt werden; bei der Grundlagenforschung ist das m.M.n. meist nicht möglich.
Sicherlich richtig. Nur zum Erfolg kommst du dort halt auch nicht immer, das kann ich aus eigener Erfahrung sagen.
Dazu wirst du bei der Entwicklung mit viel zu vielen Problemen konfrontiert, die du vorher einfach nicht alle vorhersehen kannst.
Und ob man es am Ende dann auch so hinbekommt, dass es sich auch tatsächlich finanziell rechnet und unterm Strich und bei allen Risiken und dem ganzen Drumherum genügend besser ist als Konkurrenztechnologien, ist immer die große Frage. Man muss viele Ideen erst einmal ein Stück weit treiben, ausprobieren und man muss damit leben, dass einiges dabei einfach scheitert, so nicht geht. Da ist oft ne Eselsgeduld und eine hohe Frustrationstoleranz vonnöten.
Frank hat geschrieben:Ich bin der Meinung das gerade bei den Großprojekten auch oft die Floskel,"Viele Köche verderben den Brei", angewandt werden kann.
Kleine , bewegliche Teams, die zwar wahrscheinlich dem Gewinn/Profit verpflichtet sind, aber nur dem(!), sind da vielleicht viel effektiver, auch weil sie nicht hinter allem gleich den lieben Gott suchen.
Kleine Teams sind beweglicher, was Vorteile hat, ja. Es hat auch Nachteile: weniger Schubkraft.
Bei der angewandten Forschung sucht keiner mehr den lieben Gott, dort ist das kein Problem. Ich habe eher den Eindruck, dass gerade im öffentlichen Bereich die Verwaltung und die ganzen Regeln und Zwänge und Kontrollen (es werden von Jahr zu Jahr mehr) und auch die immer schwieriger bzw. aufwändiger werdende Akquise von Mitteln immer mehr zum Hemmschuh werden.
Und dass man marktwirtschaftliche Prinzipien (-> Konkurrenzdruck) immer mehr auch an die Unis (-> Drittmittel) und die öffentliche angewandte F&E gebracht hat und bringt hat m. E. dazu geführt, dass manchmal gar nicht mehr das erforscht bzw. entwickelt bzw. untersucht wird, was am besten oder sinnvollsten oder Erfolg versprechendsten wäre, sondern das, was am meisten Geld bringt oder gerade 'Hip' ist und ne gute Lobby hat.
Hinzu kommt, dass Konkurrenzdruck zu Geheimniskrämerei führen kann, also die Kooperation zwischen den Partnern erschwert.
Da läuft gerade was in die falsche Richtung, wenn ihr mich fragt. Was ich damit sagen will: Der "freie Markt" bzw. marktwirtschaftliche Regeln sind nicht in allen Bereichen immer unbedingt die bessere Wahl.

Gruß
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