|
Wie schon vorher gesagt, kann man in einem Plasma Kernfusionsreaktionen erreichen. Dabei werden bestimmte Atome in einem Plasma, das mehrere Millionen Grad Celsius (wobei die Temperatur bei solchen Prozessen üblicherweise in K angegeben wird) heiß ist mit den zu verschmelzenden Atomen von außen beschossen. Ein Problem dabei war, dass in einem homogenen Feld das Plasma entlang der Feldlinien entweichen würde, daher entwickelte man verschiedene Magnetfeldkonfigurationen. Das erfolgreichste Modell ist von sowjetischen Physikern entworfen worden und trägt den Namen TOKAMAK. Dabei schaut der Plasmaraum wie ein hohler Ring aus, dessen Wand eine Spule umgibt, die den elektrischen Strom leitet - somit ist das Feld in sich geschlossen und das Plasma kann nirgends entweichen. Damit das Plasma nicht an die Wände kommt (da es dann rasch abkühlen würde) wird der Pinch-Effekt genützt: parallele Ströme ziehen sich an und ein stromdurchflossenes Plasma schnürt sich in ein zylindrisches Rohr (das einen Ring bildet) von sich selbst ein.
Für Kernfusionen entschied man sich Isotope des Wasserstoffs zu verwenden: Tritium und Deuterium. Bei einer Fusion beider Atome (dieser Vorgang wird auch Zündung genannt) wird eine gewaltige Energie frei, die dann nicht nur das Plasma erhitzen könnte, sondern auch (sofern genug solcher Fusionen passiert sind) weiter genützt werden könnte (um Dampf zu erzeugen, der dann eine Turbine antreibt,...usw.). Das Problem bei einer Fusion von Atomen ist folgendes: Atome stoßen sich normalerweise ab, solange sie in einer bestimmten Entfernung von einander liegen. Sobald diese Entfernung aber überwunden ist, sieht man die Auswirkungen des Coulombschen Wechselwirkungsgesetzes (die Protonen ziehen sich an). Sobald eine Fusion statt gefunden hat, ist die Masse des neuen Atoms kleiner als die Summe der Massen der vorigen 2 Atome - ∆m bringt Energie mit sich, die als Bindungsenergie nicht mehr eingesetzt werden kann (soll) nach der berühmten Formel E=∆m . c2
Die Untersuchung heißer Plasmen allgemein, geschieht in besonderen Versuchseinheiten. Diese Fusionsanlagen dienen vor allem zur Erforschung der Kernfusion. Auf Grund der hohen Temperaturen heißer Plasmen dürfen diese nicht mit den Wänden der Plasmakammer in Berührung kommen. Um das zu vermeiden, kommen, wie schon gesagt starke Magnetfelder zum Einsatz, mit denen das Plasma gehalten wird. In modernen Anlagen hat man bereits Temperaturen von nahezu 400 Millionen Grad erzeugen können - das entspräche fast der 27fachen Temperatur im Zentrum der Sonne. Ein weiteres Problem bei der Plasmaerzeugung nach dem Prinzip TOKAMAK ist, dass das Plasma an der Seite, die zum Zentrum der Anlage näher ist eine größere Dichte hat, als auf der anderen Seite. Daher weitet sich der Ring aus, was wieder zur Berührung der Plasmakammerwand führen könnte. Daher wird ein weiteres Magnetfeld verwendet, um dieses Problem zu beheben, das vertikal zu den ringförmigen Feldlinien ausgerichtet ist.
|
