neues Kernfusionskonzept?

[JensU]

Schau dir mal das Bild an!

Kernfusion.png

www.directupload.eu

Das Konzept ist gegen den klassischen Mainstream.
Zu meinem Konzept hätte ich Diskussionsfragen:
Reicht die Protonenendgeschwindigkeit aus, um die Coulombbarriere für die Kernfusion zu überwinden?
Welche Kegelrohrlänge wäre notwendig?

Gruß,
Jens

 

[albertus]

@Jens, danke für das Teilen deiner Idee und die anschauliche Skizze. Es ist immer interessant zu sehen, welche unterschiedlichen Ansätze zur Kernfusion durchgedacht werden.

Zu deinen konkreten Fragen lässt sich aus physikalischer Sicht folgendes sagen:

1. Reicht die Geschwindigkeit für die Coulombbarriere?

Kinetisch würde eine Geschwindigkeit von 0,98c (was etwa

entspricht) die Coulombbarriere für die Proton-Proton-Fusion bei Weitem überwinden.

Das Problem bei diesen extremen Energien ist jedoch der Wirkungsquerschnitt: Bei

findet keine kontrollierte Fusion zu Helium statt, sondern vorrangig Hadronsplitterung (Spallation). Man zertrümmert die Protonen in einen Schauer von Sekundärteilchen (Pionen etc.), anstatt geordnet Energie freizusetzen.

2. Das Konzept des „geladenen Kegelrohrs“ und der Beschleunigung

Hier stoßen wir auf zwei fundamentale Hürden der Elektrodynamik und Beschleunigerphysik:

• Das Gaußsche Gesetz: Ein homogen geladenes Zylinder- oder Kegelrohr bildet im Inneren ein Äquipotenzial. Das bedeutet, dass das elektrische Feld im Inneren eines solchen Rohres exakt Null ist. Die Protonen im Strahl spüren von der Ladung der Rohrwand überhaupt keine fokussierende Kraft zur Mitte hin.
• Raumladungseffekte: Ein Strahl aus gleichgeladenen Protonen stößt sich durch die eigene Raumladung extrem stark selbst ab. Ohne starke externe Magnetfelder (wie in echten Teilchenbeschleunigern) fliegt der Strahl in kleinsten Bruchteilen von Sekunden auseinander und trifft auf die Wand.
• Energetische Bilanz: Das Schießen eines beschleunigten Strahls auf ein Ziel (Beam-Target-Fusion) erfordert für die Beschleunigung der Protonen ein Vielfaches an elektrischer Energie von dem, was bei den extrem seltenen Fusionsereignissen im Strahl jemals herauskommen könnte. Der Netto-Energiegewinn ist dadurch mathematisch ausgeschlossen.

Aus diesen elektrodynamischen und thermodynamischen Gründen lässt sich dieses Konzept im Rahmen der bekannten Physik leider nicht als tragfähiges Kraftwerkskonzept realisieren.

 

[JensU]

Vielen Dank,
wäre der Wirkungsquerschnitt mit schweren Teilchen größer und dami die Fusionsereignisse größer?
Welche Geschwindigkeit wäre dann ausreichend?
Würde der Raumladungseffekt mit einer zusätzlichen Magnetfeldspuhle am Rohr reduziert werden?

Gruß,
Jens

 

[albertus]

@Jens, zu deinen Nachfragen:

• Schwerere Kerne (wie Deuterium oder Tritium) haben zwar größere Wirkungsquerschnitte als reine Protonen, benötigen wegen der höheren Ladungszahl (Z) aber auch deutlich höhere Energien, um die Coulombbarriere zu überwinden.

• Zusätzliche Magnetspulen (wie in Beschleunigern) können den Strahl zwar fokussieren, ändern aber nichts an der negativen Gesamtenergiebilanz: Man steckt nach wie vor ein Vielfaches an Energie in die Beschleunigung und Fokussierung, als bei den Streuprozessen herauskommen kann.

Das Hauptproblem bleibt die Bilanz: Ein Beschleuniger-Strahl auf ein festes Ziel kann physikalisch nicht mehr Energie erzeugen, als er verbraucht. Deshalb setzt die Fusionsforschung auf thermische Plasmen (wie im Tokamak oder Stellarator), wo die Teilchen ihre Energie im System behalten.

 

[JensU]

Vielen Dank,
nur noch letzte Fragen:
Kann man das Äquipotenzial durch eine Negativleitung im Rohr aufheben?
Würde der Raumladungseffekt der Teilchen und die innere Kegelrohrladung an der Innenwand die Teilchen trotzdem
zur Fusionszone beschleunigen?
Auch ohne Magnetspuhle.
Würde sich das Plasma an der Innenwand dabei abkühlen?
Wenn sich beides abstößt.

Gruß,
Jens

 

[albertus]

@Jens, um es ganz kurz und mathematisch-physikalisch auf den Punkt zu bringen: Nein, absolut nicht.
Hier sind die drei Denkfehler in dieser Annahme:1

1. Abstoßung führt zu Chaos, nicht zur Beschleunigung zur Fusionszone:
   Wenn sich zwei gleich geladene Dinge abstoßen (Rohrwand und Teilchen im Strahl), wirkt die Kraft von der Wand radial nach innen. Die Teilchen im Strahl stoßen sich aber gleichzeitig untereinander in alle Richtungen ab. Ein positives Rohr bremst positiv geladene Teilchen ab, wenn sie darauf zufliegen, und drückt sie aus der Achse heraus, sobald sie minimal von der Mittenlinie abweichen. Das System ist instabil: Der Strahl wird nicht fokussiert oder zur Fusionszone beschleunigt, sondern er unkontrolliert zerstreut und wobbelt sofort seitlich aus.
2. Keine Abkühlung, sondern Wandkontakt und Kollaps:
   Ein Plasma kühlt nicht ab, weil es sich „elastisch abstößt“. Wenn geladene Teilchen mit hoher kinetischer Energie gegen ein elektrisches Feld der Wand anrennen, werden sie entweder reflektiert (wobei sie chaotisch gestreut werden) oder sie durchbrechen das Potenzial und knallen direkt in die Materialwand. Das führt zu enormer Wanderosion, Verunreinigung des Plasmas und sofortigem Erlöschen der Reaktion.
3. Das Gaußsche Feld-Theorem gilt nach wie vor:
   Ein positiv geladenes Rohr erzeugt im Inneren kein Feld, das Teilchen entlang der Rohrachse nach vorne (zur Fusionszone) beschleunigen könnte. Elektrostastische Felder sind konservativ. Man kann Teilchen nicht durch eine statische Rohrladung in eine bestimmte Richtung „schieben“, ohne eine äußere Beschleunigungsspannung (U) zwischen Anfang und Ende anzulegen.

Fazit: Statische Ladungen an Rohrwänden können weder die thermische Bewegung eines Plasmas einfangen noch einen Teilchenstrahl stabil zur Fusion führen. Ohne dynamische, hochkomplexe Magnetfeldkonfigurationen (wie bei Tokamaks oder Stellaratoren) ist ein Einschluss physikalisch unmöglich.

 

[JensU]

Zum Thema Plasmastrahl oder Kanone habe ich das hier gefunden.

Gruß,
Jens

 

[albertus]

Mensch Jens, Du lässt beim Thema Plasma echt nicht locker!

Das Video kenne ich – da geht es um Plasma-Wirbelringe (Plasma Vortex Rings).

Sieht optisch im Labor fantastisch aus! Physikalisch haben diese Ringe an freier Luft allerdings das Problem, dass sie sich durch Wechselwirkung mit der Umgebungsluft extrem schnell abkühlen und nach 2–3 Metern zerfallen. Für ein spektakuläres Experiment super, aber als echte 'Kanone' reicht die Stabilität an Luft einfach nicht aus.

Träumen darf man aber natürlich trotzdem!