Kernspaltung und Kernfusion

Eine magnetfeldfreie Art Kernfusion zu erreichen ist der sogenannte Trägheitseinschluss. Hierbei wird ein gefrorenes Deuterium-Tritium-Kügelchen, das meist von einer gefrorenen Deuteriumhülle umgeben ist, von möglichst vielen Seiten mit hochenergetischen Lasern oder Teilchenstrahlen (aus Ionenbeschleunigern) beschossen. Die Oberfläche des Kügelchen verdampft explosionsartig und es entsteht eine sehr energiereiche, nach innen gerichtete Druckwelle, welche sich aus dem Rückstoß von der schnell nach außen verdampfenden Hülle ergibt.

Das Innere des Kügelchens wird extrem komprimiert (Implosion), wodurch die Temperatur auf ca. 120 Millionen Kelvin ansteigen kann und für kurze Zeit das Lawson-Kriterium erfüllt ist. Es kommt zu einer kleinen nuklearen Explosion. Der Ablauf des Vorgangs wird schematisch in 4 Phasen dargestellt:

Laser- oder Teilchenbestrahlung bewirken, dass sich sehr rasch eine Plasmahülle um den Tropfen bildet, die sich explosionsartig ausdehnt.

Nach dem Rückstoßprinzip entsteht eine Druckwelle, die das Innere des Tröpfchens stark verdichtet.

Dichte und Temperatur im Tropfenkern haben so stark zugenommen, dass es dort zur Zündung des Plasmas kommt.

Das Plasmabrennen erfasst den gesamten Tropfen. Die freiwerdende Fusionsenergie ist ein Vielfaches der eingestrahlten Energie.

In dem nebenstehenden Bild ist ein zukünftiger Laser-Fusionsreaktor skizziert: Die D-T-Kügelchen fallen in die Reaktionskammer und werden von den Laserblitzen "abgeschossen". Die bei den Fusionsreaktionen entstehenden Neutronen werden in dem die Reaktionskammer umgebenden Lithiummantel absorbiert und führen dort exotherme Reaktionen aus. Das heiße flüssige Lithium gibt in einem Wärmetauscher seine innere Energie an das Kühlwasser ab und wandelt es zu heißem Dampf, welcher z.B. eine Turbine betreiben kann.

Da der Laserwirkungsgrad recht klein ist (man braucht sehr viel Energie zum Anregen des Lasers im Vergleich zur erzeugten Lichtleistung), experimentiert man beim Trägheitseinschluss auch mit dem Beschuss durch leichte und schwere Ionen aus Beschleunigern.