Kernfusion - Abfallprodukte?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Physik-Experten,

ich habe mal 'ne Frage zur Kernenergie.
Bekanntlicherweise entstehen ja bei der Energiegewinnung durch Kernspaltung radioaktive „Abfallprodukte“.

Wie ist das bei der Kernfusion? Verschmelzen dort die Atome/Elemente vollständig miteinander oder entsteht auch ein „Nebenprodukt“? Bzw. was für Elemente enstehen aus dieser Fusion (vor allem in Hinsicht auf Radioaktivität)?

Das letzte mal, als ich mich mit dem Thema befasst habe, war im Physik-Grundkurs im Abitur… :wink:
Vielen Dank für eure Antworten.

Ciao,
Wolfgang

#2

hallo wolfgang,

ich habe mal 'ne Frage zur Kernenergie.
Bekanntlicherweise entstehen ja bei der Energiegewinnung durch
Kernspaltung radioaktive „Abfallprodukte“.

Wie ist das bei der Kernfusion? Verschmelzen dort die
Atome/Elemente vollständig miteinander oder entsteht auch ein

„eigentlich“ schon vollstaendig, naemlich tritium und deuterium (superschwerere und schwerer wasserstoff) zu helium4 und einem neutron. dieses neutron dient wiederrum dazu aus Lithium6 ein tritium zu braten plus ein helium4. nur tritium und deuterium mit zwei bzw einem neutron im kern der schweren wasserstoffatome lassen sich wirkungsvoll auf der erde fusionieren. aber bei 150 millionen grad im heissen gas, viel viel viel heisser als das sonneninnere.

„Nebenprodukt“? Bzw. was für Elemente enstehen aus dieser
Fusion (vor allem in Hinsicht auf Radioaktivität)?

aus der fusion fast gar nichts, nur ab und zu ensteht auch tritium (welches aber eh eingeschossen wird und erwuenscht ist) und ein leicher und schnell zerfallender strahler ist, auch noch leichter als luft, wuerde also ab nach oben jagen in die stratosphaere. tritium kommt auch natuerlich vor. im reaktor befindet sich vielleicht in summe 1 g tritium. jedes groessere krankenhaus hat mehr radioaktivitaet fuer untersuchungen als 1 gramm T.

was aber unerwuenschst schiefgeht ist, dass einige der neutronen statt tritium zu brueten die reaktorwaende und die ummantelung aktiveren. also irgendein atom ein neutron einfaengt und dadurch zu einem radioaktiven isotop wird. dabei dotiert man die betonummantelung mit bor (neutronenabsorber), die betonwand strahlt nach der lebenslaufzeit des reaktors geringer pro masse als manches glas oder mancher keller in argon-gegenden, und aus der ersten reaktorstahlwand hinter dem heissen gas kann man ohne gefahr nach 14 jahren ein messer fuer den hausgebrauch schnitzen, mein fusionsprof stellte uns eine solche untersuchung einmal vor. es entstehen also nur wenig und nur leicht und nur kurzlebig strahlende isotope. ein fusionsreaktor kann weiter nie hochgehen, er ist selbstloeschend. nur ein gramm tritium ist drin, was ca. 99.99 prozent des strahlenden mistes ausmacht. also wenn ein flugzeug drauffaellt, ist es ein klacks gegen den dioxindampf der naechsten muellverbrennungsanlage.

war zwei jahre lang in diesem bereich mit studium und arbeit taetig bei max-planck.

mit den besten gruessen, peter

.http://stefanschroeter.de/Kernfusion_in_Greifswald/b…

http://www.ipp.mpg.de/eng/pr/publikationen/pr_pub.html

http://www.ipp.mpg.de ist das deutsche portal fuer europaeische fusionsforschung

#3

Hallo Wolfgang,

bei der Kernfusion, die im Moment in Form von großen Fusionreaktoren mit einem magnetischen Einschluß des Plasmas betrieben wird, sind wenige die Entprodukte der Reaktion als die Ausgangsprodukte das „Problem“.

Bei der Reaktion entsteht im wesentlich aus zwei verschiedenartigen Wasserstoffkernen (Deuterium, besteht aus 1 Proton und 1 Neutron, und Tritium, 1 Proton, 2 Neutronen) ein Heliumatomkern und ein Neutron.

Das Helium ist völlig unkritisch. Die Schwierigkeit macht vor allem das Tritium - ein radioaktives Wasserstoffisotop. Tritium ist sehr flüchtig, kann ohne große Schwierigkeiten auch durch Wände hindurchdiffundieren und entsprechend schwierig einzusperren.

Die andere Quelle radioaktiver Strahlung in einem zukünftigen Fusionsreaktor sind die Wände. Auch wenn die Wände zu Beginn „nur“ aus Metall bestehen… die bei der Kernverschmelzung entstehenden Neutronen können mit den elektrischen und magnetischen Einschlußfeldern nicht aufgehalten werden und schlagen in die Wände des Reaktors ein. Dort bewirken sie Kernreaktionen, bei den radioaktive Atome entstehen (sog. „Aktivierung“).
Da bei einer vernünftigen Kernfusion offenbar sehr viele Neutronen entstehen, werden die Wände innerhalb von 2 Jahren durch den Beschuß unbrauchbar und radioaktiv (eher mittel-stark als schwack).

Auch wenn diese beiden Formen der Radioaktvitität und die Handhabung von Tritium und der aktivierten Wände nicht einfach sein mag, die typischen Halbwertszeiten beim Fusionreaktor liegen im Bereich von 30-50 Jahren. Anders als bei Kernspaltungsreaktor, wo manche Halbwertszeiten von Uranen und Plutonium bei vielen Millionen Jahren liegen, wird hier den nachfolgenden Generationen kein unlösbares Atommüllproblem hinterlassen.

Mehr dazu findest du z.B. hier:

http://cips02.physik.uni-bonn.de/~voss/referat/refer…

Viele Grüße,

Markus

#4

Hi Wolfgang,

theoretisch entsteht nur Helium 4, aber das ist eben nur die Theorie.

Bei einer Kernfusion kommt es zu einem nicht geringen Fluß von Neutronen und die haben die Eigenart, mit verschiedenen Elementen zu reagieren um neue Nuklide zu erzeugen.
Diese Nuklide wiederum haben die Unart, radioaktiv zu sein.
Man hat also das Problem daß nicht die direkten Reaktionsprodukte radioaktiv sind, sondern die ‚Verpackung‘
Zudem bringt der Neutronenfluß ein weitere, werkstoffliches Problem mit sich.
Durch die Umwandlung von Element X in Element y verändert sich die Zusammensetzung der Werkstoffe, z.B. die der Fusionskammer, was zu Versprödung oder ähnlichen Problemen führen kann.

Wie Du siehst, ist die Theorie schön einfach, die Praxis aber unverschämt kompliziert.

Gandalf

#5

Bei einer Kernfusion kommt es zu einem nicht geringen Fluß von
Neutronen

Man muß allerdings dazu sagen, daß das nicht immer der Fall sein muß. Bei der Fusion von He3-Kernen werden beispielsweise keine Neutronen frei. Wenn es also gelingt, aneutronische Fusionsreaktionen zu beherrschen, dann ist das Neutronenproblem gelöst. Das wird aber noch eine Weile dauern.

#6

hallo mrstupid,

Man muß allerdings dazu sagen, daß das nicht immer der Fall
sein muß. Bei der Fusion von He3-Kernen werden beispielsweise
keine Neutronen frei. Wenn es also gelingt, aneutronische
Fusionsreaktionen zu beherrschen, dann ist das
Neutronenproblem gelöst. Das wird aber noch eine Weile dauern.

dazu muss man die kiste noch um einige faktoren heisser machen und das wird nicht nur deswegen zu kompliziert UND zu uneffektiv. am besten um zehnerpotenzen funzt immer noch bei 100 -400 mio grad

T+D—>4He+n

beste gruesse, peter

#7

Wie ist es mit Abfallprodukten bei der Gewinnung von Deuterium und Trtium? Sie sind doch als Isotope extrem rar in der freien Umgebung und müssen irgendwie hergestellt werden , oder etwa nicht?