Warum sind Deuterium und Tritium so wichtig für die Kernfusion? Und wie läuft die Gewinnung, welche Herausforderungen gibt es und wie sieht die Zukunft der Kernfusionsbrennstoffe. Hier die Antworten. (Bild: Patrick Helmholz – Adobe Stock)
In der Einführung zur Kernfusion haben wir die grundlegenden Prozesse beschrieben, bei denen leichte Atomkerne verschmelzen und dabei Energie freisetzen. Doch wie jede andere Energiequelle benötigt auch die Fusion spezielle Brennstoffe. Deuterium und Tritium, beides Isotope (also Kerne mit mehr Neutronen) des Wasserstoffs, sind die beiden wichtigsten Elemente, die für diesen Prozess verwendet werden. Dieser Beitrag untersucht, warum gerade diese beiden Isotope so bedeutsam sind, wie sie gewonnen werden und welche Herausforderungen die Forschung noch meistern muss, um eine stabile und nachhaltige Versorgung zu gewährleisten.
Die Bedeutung von Deuterium und Tritium für die Kernfusion
Deuterium und Tritium sind die Hauptbrennstoffe, die in der Fusionsforschung verwendet werden. Deuterium ist ein Wasserstoffisotop und kommt in großen Mengen im Meerwasser vor, was es leicht zugänglich und kostengünstig macht. Das radioaktive Tritium hingegen ist auf der Erde nur in sehr geringen Mengen verfügbar und muss daher auf andere Weise erzeugt werden. Derzeit wird Tritium in Kernspaltungsreaktoren als Nebenprodukt gewonnen, doch da diese Reaktoren in vielen Ländern nach und nach abgeschaltet werden, wird die Verfügbarkeit in Zukunft eingeschränkt sein.
Überblick über ausgewählte Fusionsreaktoren: Wo sie stehen, was sie machen und wie weit sie sind.
Deuterium & Tritium als Fusionsmaterial in ASDEX Upgrade und W7X | Hartmut Zohm
Herausforderungen bei der Erzeugung von Tritium
Um das Problem der Tritiumversorgung zu lösen, arbeiten Wissenschaftler daran, Tritium innerhalb der Reaktorwand aus Lithium zu erbrüten. Bei diesem Prozess werden Lithiumatome durch die Neutronenstrahlung der Fusionsreaktion in Tritium umgewandelt. Dieser Ansatz könnte helfen, den Brennstoffbedarf zukünftiger Fusionskraftwerke zu decken. Mehr über den Einsatz von Hochtechnologien wie dem Tokamak, die diesen Prozess unterstützen, lesen Sie hier hier.
Alternative Brennstoffe und zukünftige Entwicklungen
Einige Forscher und Unternehmen untersuchen auch alternative Brennstoffe wie Bor-11, die keine Neutronen freisetzen und die Belastung der Reaktorwände verringern könnten.
Warum Bor die Kernfusion revolutionieren könnte
Auch Helium-3 gilt als vielversprechender alternativer Brennstoff für die Kernfusion und bietet einige potenzielle Vorteile gegenüber der herkömmlichen Deuterium-Tritium-Fusion. Einer der bedeutendsten Vorteile ist die saubere Reaktion: Bei der Fusion von Helium-3 entstehen hauptsächlich Protonen statt Neutronen. Dadurch wird die Radioaktivität im Reaktor deutlich reduziert, was wiederum die Materialbelastung verringert und die Langlebigkeit des Reaktors verbessert. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der direkten Stromerzeugung. Die bei der Fusion freigesetzten geladenen Teilchen könnten direkt in elektrische Energie umgewandelt werden, ohne den Umweg über Dampf und Turbinen. Schließlich bietet Helium-3 eine hohe Energieausbeute, die in etwa vergleichbar mit der von Deuterium-Tritium-Fusion ist. Diese Eigenschaften machen Helium-3 zu einem interessanten Kandidaten für zukünftige Fusionsreaktoren, insbesondere in Hinblick auf Effizienz und Umweltfreundlichkeit.
Diese alternativen Ansätze haben das Potenzial, die Effizienz zu steigern und die Technologie wirtschaftlicher zu machen. Mehr über private Initiativen und neue Fusionsansätze gibt es hier.
Der Autor: Dr. Martin Large
Aus dem Schoß einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Großvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben. Zudem kümmert er sich um die Themen SEO und alles was dazu gehört bei all-electronics.de.