Der "Naturwissenschaften" Thread

[Threshold]

Die Energieprobleme der Zukunft werden mit der Kernfusion erledigt sein

Seit gefühlt 70 Jahren sagen die Fusionsleute, dass in 20 Jahren die ersten Fusionskraftwerke ans Netz gehen.
Aktuell ist das immer noch Forschung. Seit 2007 wird in Frankreich der ITER gebaut. Fertigstellung ist völlig offen, da die Kosten davon laufen.
Kohlekraftwerke kann man mit ein paar Schimpansen betreiben.
Für ein Kernkraftwerk hast du ein paar Ingenieure.
Aber für Fusionskraftwerke brauchst du Genies. Und das nächste Problem ist, dass Fusionsenergie nur wenigen Staaten zur Verfügung stehen wird. Die breite Masse der Menschheit hat davon nichts.
Ein Windkraftwerk hingegen kannst du überall hinstellen, wo es etwas weht.

 

[ruyven_macaran]

Es ging mir um Linsen für Smartphones, um kleiner zu bauen, um Wärmebildkameras, deren einkristalllinsen horrendes Geld kosten und um optische Schnittstellen in Rechnern. Klar, für Teleskope ist das nix.

Ich könnte mir das durchaus für Teleskope. Nicht für irdische, dafür sind die Nachteile zu groß. Aber im Weltall? Der Effekt der auseinanderlaufenden Wellen hängt nur vom Brechungswinkel ab und enorm lange Strukturen (ettliche 100 m fürs erste) sind in der Schwerelosigkeit günstig machbar. (Vermutlich) geringere Durchlässigkeit respektive mehr Lichtverlust durch Streuung kann man auf der Erde ebenfalls nicht kompensieren, aber letztlich ist es nur ein gegenläufiger Faktor zur Linsengröße und die ist im All vor allem durch den maximalen Durchmesser der Startfahrzeuge stark limitiert. Und jetzt kommt die Stunde der schlanken Brechungssysteme:
Eine Linse von nur wenigen (Zehntel-)Millimeter kann ich aufrollen. Und wenn ich eine Rolle von auch nur 1-2 m Durchmesser und 10 m Länge auf einem faltbaren Gestell im All wieder ausrolle, dann hat mein Teleskop ratz faz eine 10*500 m Apertur. Lichtstärke? Abbildungsfehler? LOL! Das größte Problem wird sein, den Sensor zu kühlen, damit er nicht schmilzt.

Seltsam, aber die Antimaterie aus dem CERN löst sich doch sofort auf, sobald sie in Kontakt mit Materie kommt, warum passiert es dann nicht auch im All?

Die bisherige/banale Antwort war: Weil da soviel nichts ist. Und nicht nur zwischen den Molekülen, schon die Lücken innerhalb der Atome sind gigantisch und die gleichen Mechanismen, die Elektronen davon abhalten, ständig zu kollidieren, wirken auch zwischen Elektronen und Positronen.

Aber ob die Frage, die damit erklärt wird, überhaupt berechtigt ist, wird sich erst noch zeigen müssen.

Ähh... die Temperaturen sind an der KT Grenze gestiegen...

Anhang anzeigen 1039529
und dann ganz allmählich abgefallen bis heute.
Eigentlich ist es erst seit ca. 1 Mio. Jahren wieder so kalt auf der Erde wie zur Perm-Zeit.

Es ist nach Dekkan-Trapp und Chicxulub WÄRMER geworden un die Pflanzen haben sich verändert und sind nicht weggestorben.
Dei ganzen Tiere sind nicht verhungert weil nix da war, sondern konnten die neue Pflanzenkost nicht verwerten....
Das widerspicht erheblich deiner Aussage zu wechselwarmen Tieren, die sich eben nicht anpassen können - oder doch

Zumindest mit unserer aktuellen Auflösung der Klimadaten können wir meines Wissens nach keinen in biologischen Zeitskalen schnellen Anstieg der Temperatur an der KT-Grenze nachweisen. 4-5 K über eine Spanne von 1-2 Millionen Jahren verändern zwar viel, die Klimazonen wandern aber sehr viel langsamer, als die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Pflanzen geschweige denn die Wanderungsgeschwindigkeit von Tieren. Im Pleistozän hatten wir ähnlich große Schwankungen innerhalb weniger Jahrtausende und selbst die haben viele Arten überlebt, solange sie nicht vor Höhenzüge in die Falle gerieren. Es kann natürlich sein, dass die Temperaturänderung an der KT-Grenze wesentlich schneller ablief und unsere Proxys einfach nur keine ausreichende temporale Auflösung haben. Persönlich würde ich aber eher eine umgekehrte Kausalität annehmen: Aus welchem Grund auch immer hatten wir an der KT Grenze eine massive Änderung von Flora und Fauna. Und wie wir heute vorführen können massive Änderungen insbesondere an ersterer das Klima beeinflussen. Wenn sich riesige Pflanzenbestände in Moder aufgelöst haben und im Anschluss über Jahrmillionen angesammeltes Methan auf tauenden Permafrostböden ausgetreten ist, könnte dass den Temperaturanstieg erklären. Die Frage ist nur, wer damals diesen Prozess ausgelöst hat. Haarlose Affen wie heute scheiden aus.

 

[Rotkaeppchen]

Ich könnte mir das durchaus für Teleskope [vorstellen].

Guter Ansatz, sollten wie sofort als Patent anmelden!

 

[RtZk]

Seit gefühlt 70 Jahren sagen die Fusionsleute, dass in 20 Jahren die ersten Fusionskraftwerke ans Netz gehen.
Aktuell ist das immer noch Forschung. Seit 2007 wird in Frankreich der ITER gebaut. Fertigstellung ist völlig offen, da die Kosten davon laufen.
Kohlekraftwerke kann man mit ein paar Schimpansen betreiben.
Für ein Kernkraftwerk hast du ein paar Ingenieure.
Aber für Fusionskraftwerke brauchst du Genies. Und das nächste Problem ist, dass Fusionsenergie nur wenigen Staaten zur Verfügung stehen wird. Die breite Masse der Menschheit hat davon nichts.
Ein Windkraftwerk hingegen kannst du überall hinstellen, wo es etwas weht.

Das erste hat bereits für kurze Zeit Energie „produziert“, sobald man das Magnetfeld in den Griff bekommt sind die Teile lauffähig und wieso nur in reichen Ländern? Sind sie mal weiterentwickelt werden unter Garantie auch viele ärmere Länder sich ein solches ins Land stellen können.

Wenn ich schon sehr welche lächerlich geringen Mittel für die Forschung investiert werden ist es kein Wunder, dass es so lange dauert, in die Atombombe wurden viele Milliarden investiert und man hat sie in wenigen Jahren einsatzbereit gehabt.

 

[Adi1]

Eine Linse von nur wenigen (Zehntel-)Millimeter kann ich aufrollen. Und wenn ich eine Rolle von auch nur 1-2 m Durchmesser und 10 m Länge auf einem faltbaren Gestell im All wieder ausrolle, dann hat mein Teleskop ratz faz eine 10*500 m Apertur. Lichtstärke? Abbildungsfehler? LOL! Das größte Problem wird sein, den Sensor zu kühlen, damit er nicht schmilzt.

Nö, das größte Problem besteht darin,
die extreme Genauigkeit solcher Geräte erstmal technisch herstellen zu können.

10 mal 500 Meter?

Wo lebst du denn eigentlich?

 

[Threshold]

Das erste hat bereits für kurze Zeit Energie „produziert“, sobald man das Magnetfeld in den Griff bekommt sind die Teile lauffähig

Magnetfeld? Darum geht es gar nicht. Du hast schnelle Neutronen. Die sind ein Problem. Dann der Abfall, der produziert wird. Der muss da raus. Ist gar nicht so einfach, denn Heliumkerne kann man nicht fusionieren, die musst du entfernen.
Aktuell funktioniert das nur sporadisch und es ist auch nicht abzusehen, wann das dauerhaft funktioniert. Dazu kommt, dass du erst mal eine Menge Energie brauchst, um das Teil zu starten. Man müsste also zu jedem Fusionskraftwerk erst mal ein Atomkraftwerk hinstellen, das als Anlasser fungiert.

und wieso nur in reichen Ländern? Sind sie mal weiterentwickelt werden unter Garantie auch viele ärmere Länder sich ein solches ins Land stellen können.

Was willst du denn da weiter entwickeln? Das Prinzip ändert sich nicht. Du brauchst ein Plasma, das 200 Millionen Grad heiß ist und Supraleiter. Das alles kostet Unmengen an Geld und muss gewartet werden. Ein dritte Welt Land wird das niemals stemmen können.
Algerien will jetzt ein Solarkraftwerk bauen. Für Länder, die in der Zone leben, ist das die Zukunft. Andere werden in Windkraft und Wasserkraft investieren. Halte ich für deutlich sinnvoller.

Wenn ich schon sehr welche lächerlich geringen Mittel für die Forschung investiert werden ist es kein Wunder, dass es so lange dauert, in die Atombombe wurden viele Milliarden investiert und man hat sie in wenigen Jahren einsatzbereit gehabt.

Die Atomkraft war letztendlich ein Abfallprodukt der Atombombe und natürlich Prestige. Jeder hochentwickelte Land wollte Atomkraft haben, weil es sich eben schick machte, sowas zu haben. Da spielen die Nachteile auch keine Rolle und man hörte auf die "Experten", die erklärten, dass ein GAU höchsten alle 10.000 Jahre mal auftreten wird.
Und subventioniert wurden die Atomkraft ja mit gewaltigen Geldmengen.
Bei der Fusion sieht das aber noch mal ganz anders aus. In den 50ern, als die Wasserstoffbombe entwickelt wurde, hatte man in Aussicht gestellt, dass man 20 Jahre später das erste Fusionskraftwerk ans Netz geben wird. Die Aussagen hört man heute noch, wenn man Fusionsforscher und Ingenieure fragt -- in 20 Jahren haben wir das im Griff.
Der ITER zeigt aber, dass man davon weit entfernt ist. Das Problem der schnellen Neutronen ist bis heute nicht gelöst. Es gibt kein Material, das den Beschuss der schnellen Neutronen über einen längeren Zeitraum standhalten kann.

 

[RyzA]

Du brauchst ein Plasma, das 200 Millionen Grad heiß ist und Supraleiter.

200 Millionen Grad?
Wieviele Kelvin sind das denn?

Die Oberflächentemperatur der Sonne soll 5800 Kelvin betragen.

 

[HenneHuhn]

200 Millionen Grad?
Wieviele Kelvin sind das denn?
[...].

200.000.273,15 K

(Die Kelvinskala fängt beim absoluten Temperaturnullpunkt [-273,15°C] an, als "0 K". Ansonsten ist ein Temperaturunterschied um ein K und ein °C gleich)

 

[RyzA]

200.000.273,15 K

(Die Kelvinskala fängt beim absoluten Temperaturnullpunkt [-273,15°C] an, als "0 K". Ansonsten ist ein Temperaturunterschied um ein K und ein °C gleich)

Du meinst 200 Millionen durch 273?

Da habe ich 732600K raus bekommen.

 

[HenneHuhn]

Du meinst 200 Millionen durch 273?

Da habe ich 732600K raus.

Wat?
Wie kommst du nun auf "geteilt durch"?

0 K sind -273,15°C (der absolute Temperaturnullpunkt). 0°C sind dementsprechend 273,15 K. 100°C sind dann 373,15 K, 1000°C also 1273,15 K. Und 200 Millionen °C eben 200.000.273,15 K.

Kelvin und Grad Celsius sind gleich, nur dass du bei der Umrechnung Richtung Grad Celsius immer 273,15 drauf packen musst, weil die Kelvin-Skala einen anderen Nullpunkt hat.

 

[Threshold]

200 Millionen Grad?
Wieviele Kelvin sind das denn?

Bei so hohen Temperaturen ist es egal, ob du in Kelvin oder Grad Celsius angibst.
0 Kelvin sind -273,16 Grad. Also sind 0 Grad 273,16 Kelvin. Da muss man nichts teilen oder multiplizieren.
Fahrenheit ist aber für den Arsch.

Können aber auch nur 150 Millionen Grad sein.
Im Zentrum der Sonne sind es rund 15 Millionen Grad. Aber da ist die Dichte auch höher.
In einem Fusionsreaktor hast du praktisch Vakuum.

 

[RyzA]

Ah ok. Jetzt habe ich es verstanden!
Manchmal denke ich einfach zu kompliziert.

Können aber auch nur 150 Millionen Grad sein.
Im Zentrum der Sonne sind es rund 15 Millionen Grad. Aber da ist die Dichte auch höher.
In einem Fusionsreaktor hast du praktisch Vakuum.

Aber die Temperaturen muß man doch trotzdem irgendwie in den Griff kriegen und behalten oder?
Welche Temperaturen entstehen denn bei der Kernspaltung?
Soviel ich weiß ist da die Kühlung auch sehr aufwändig.

 

[Threshold]

Aber die Temperaturen muß man doch trotzdem irgendwie in den Griff kriegen und behalten oder?
Welche Temperaturen entstehen denn bei der Kernspaltung?
Soviel ich weiß ist da die Kühlung auch sehr aufwändig.

Na ja, das mit den 200 Millionen Grad ist so eine Sache. Du wirst kein Thermometer der Welt finden, das dir 200 Millionen Grad anzeigt, wenn du es ins Plasma hältst.
Die 200 Millionen Grad ist die Temperatur, die die Teilchen aufgrund der Energie haben. Das ist genauso wie mit der Ionosphäre. Dort herrscht eine Temperatur von 2000 Grad. Aber nichts schmilzt da -- das behaupten die Flacherdler ja immer gerne -- weil die Dichte dort so gering ist, dass es trotzdem kalt ist. Die Teilchen haben nur eben die Temperatur aufgrund ihrer Bewegungsenergie.
Nichtsdestotrotz -- wenn das Magnetfeld nicht stabil genug ist, geraten die Teilchen an die Gehäusewand, verlieren sofort an Energie und die Kernfusion bricht ab. In wie weit die Gehäusewand dabei beschädigt wird, weiß ich nicht, da eben noch kein Fusionsreaktor lange genug gelaufen ist, um darüber eine Aussage machen zu können.
Kühlen musst du aber die Magnete, denn du brauchst Supraleiter und die arbeiten eben bei fast absoluten Nullpunkt am Besten.
Soweit ich das weiß, hat eh noch kein Fusionsprozess mehr Energie erbracht als man reinstecken musste.

 

[RyzA]

Warum ist das eigentlich bei der Kernspaltung so aufwändig mit der Kühlung?
Nicht wegen der hohen Temperaturen, sondern weil das Brennmaterial solange "nachbrennt"?

 

[Threshold]

Das Material brennt ja bei der Fusion nicht nach. Sobald die Bewegungsenergie der Teilchen für eine Fusion nicht mehr reicht, stoppt sie augenblicklich.
Das ist ja der große Vorteil gegenüber der Kernspaltung. Die Kernspaltung läuft auch noch, wenn du den Reaktor abschaltest. Da musst du die freien Neutronen bremsen, damit die Kernspaltung stoppt. Das war das Problem in Fukushima. Die Kühlung ist ausgefallen und die Kernspaltung ging weiter, bis alles zerstört war.
Das kann bei der Fusion nicht passieren. Sobald die Temperatur unter der Barriere fällt, stoppt die Fusion. Und da die Dichte des Plasmas echt gering ist -- eben an Vakuum heranreicht -- passiert da nichts mehr nach. Kühlen muss man eben die Magneten, damit man keinen elektrischen Widerstand haben. Denn du brauchst eine Magnetfeldstärke von einigen Tesla, damit man das Plasma einfangen kann.
Das Magnetfeld der Erde hat 1/10.000 Tesla.
Die Magnetspulen des LHC am Cern schaffen so um 9 Tesla.
Das stärkste, von Menschen erzeugte Magnetfeld, hat 32 Tesla.
Ein Magnetar, also ein bestimmter Neutronenstern, schafft 100 Milliarden Tesla.

 

[RyzA]

Ein Magnetar, also ein bestimmter Neutronenstern, schafft 100 Milliarden Tesla.

Wow! Das ist ne Hausnummer!

 

[Threshold]

Wow! Das ist ne Hausnummer!

Da klebst du schon deswegen dran fest, weil Wasser ein Dipol Molekül ist

 

[RyzA]

Da klebst du schon deswegen dran fest, weil Wasser ein Dipol Molekül ist

Kann man das Magnetfeld dann überhaupt noch optisch darstellen?

 

[ruyven_macaran]

Guter Ansatz, sollten wie sofort als Patent anmelden!

Mit Patentanmeldungen habe ich keine Erfahrung, erst recht nicht nach amerikanischen Recht (EU macht ja dicht, wenns einmal öffentlich geäußert wurde. Wobei. Ich kenn Leute, die können das noch löschen ). Aber ich sag mal 50:50 mit dem, der aus meiner Idee ein Geschäft macht.

Nö, das größte Problem besteht darin,
die extreme Genauigkeit solcher Geräte erstmal technisch herstellen zu können.

10 mal 500 Meter?

Wo lebst du denn eigentlich?

Soweit ich es verstehe, ist die präzise Produktion der Strukturen ein technisches Problem, nicht deren Skalierung in die Breite. Das ist ein finanzielles, weil Elektronenstrahllithographie afaik derzeit für nichts größeres genutzt wird als Halbleiter-Belichtungsmasken. Ein Plottersystem, dass in wissenschaftlichen Laboren 1-2 cm und im industriellen Einsatz 30 cm schafft auf 30 m zu skalieren ist aber nur eine Frage des Geldes.

Ah ok. Jetzt habe ich es verstanden!
Manchmal denke ich einfach zu kompliziert.


Aber die Temperaturen muß man doch trotzdem irgendwie in den Griff kriegen und behalten oder?
Welche Temperaturen entstehen denn bei der Kernspaltung?
Soviel ich weiß ist da die Kühlung auch sehr aufwändig.

Theoretisch sind die Temperaturen bei der Fission unbegrenzt, praktisch hat man ein paar Millionen Kelvin erreicht. Sobald du nenneswert über 1000 °C Oberflächentemperatur hinausgehst, gibt es aber kein Material mehr, was dein spaltbares Material gegen den durch Hitze entstehenden Druck zusammenhalten kann. Das heißt es erwärmt sich nur soweit, wie es in den Millisekunden schafft, bis es sich in der weiteren Umgebung verteilt. Das ist einer der Unterschiede zwischen einer Atombombe und einem Atomkraftwerk: Erstere konzentriert sich darauf, die Energie möglichst schnell in kurzer Zeit freizusetzen und gibt einen Dreck auf Zusammenhalt und letzteres versucht tunlichst alles, damit es eben nicht zu einer Explosion kommt. Und das macht die Kühlung so aufwendig: Die Leistung des Reaktors hängt nur von der geometrischen Anordnung des Brenn-, des Moderator- und des Bremsmaterials ab. Und da gibt es zum Teil um winzige Unterschiede, so dass schon Wärmeausdehnung einen großen Unterschied macht; Stabilitätsverluste durch schmelzendes Material zur Katastrophe führen. Man hat also einen Prozess, der innerhalb von Millisekunden von Raumtemperatur auf mehrere Millionen Grad skalieren könnte und möchte diesen bei mehr als 300-700 °C ablaufen lassen (je heißer, desto effizienter), darf aber nicht wärmer als 800 bis afaik 1200 °C werden (je nach Reaktortyp und Material). Das ist vergleichbar mit dem Versuch, eine Vollbremsung aus Tempo 300 so hinzulegen, dass man maximal 2 cm vor einem Kind auf der Fahrbahn zum stehen kommt. Da hat man besser gute Bremsen respektive ein sehr zuverlässiges Kühlsystem mit sehr viel Reserven und sehr vielen Backups. Oder/und die Arroganz und Verantwortungslosigkeit eines Atomtechnikers/-Managers, wenn man das täglich/stündlich/minütlich mit dem Leben von Millionen von Menschen macht.

Da klebst du schon deswegen dran fest, weil Wasser ein Dipol Molekül ist

Dafür brauchst du keinen Neutronenstern, man im Labor schon Frösche magnetisch levitiert. Für einen Menschen sollte ein Haus-großer Aufbau reichen. (Wenn irgend jemand einen Sinn darin sehen würde, Menschen magnetisch statt konventionell in Stücke zu reißen.)

 

[Threshold]

Kann man das Magnetfeld dann überhaupt noch optisch darstellen?

Nur noch bildlich.

Dafür brauchst du keinen Neutronenstern, man im Labor schon Frösche magnetisch levitiert. Für einen Menschen sollte ein Haus-großer Aufbau reichen. (Wenn irgend jemand einen Sinn darin sehen würde, Menschen magnetisch statt konventionell in Stücke zu reißen.)

Das war ja auch nur ein Gag.
Die Gezeitenkraft zerreißt dich eh, bevor du überhaupt vom Magnetfeld beeinflusst wirst.