Fusionsantrieb

Ja Ruhri, ich wollte keineswegs die Langzeitprobleme der atomaren Energieerzeugung verharmlosen. Ich habe selbst die ersten seismischen Untersuchungen vom Salzstock Gorleben geleitet und bin seitdem, wie auch die damaligen verantwortlichen Geologen (Prof. Duphorn und U. Schneider) noch heute aktiv im Widerstand gegen die Endlager"konzepte" der Atomindustrie und deren bezahlte Vasallen in der Politik.

[...]

Ich wollte dir auch keineswegs etwas unterstellen, und natürlich ist bei der Kernfusion mit erheblich weniger Müll zu rechnen als bei der Kernspaltung. Man würde halt nicht tonnenweise radioaktives Material ins Innere schaffen (müssen).

Trotzdem muss aber genau bedacht werden, welche Probleme man bekommen würde, welche vermeidlich und welche unvermeidlich wären. Das Beispiel des aktivierten Stickstoffes ist nun fürwahr kein Ruhmesblatt für die beteiligten Kernphysiker, aber auch nicht für die Ingenieure.

Mein Problem mit der Kernenergie ist leider inzwischen, dass nicht nur die Gegner lügen (und die Gefahren mutwillig übertreiben), sondern auch die Befürworter. Es gab eben nicht nur knapp 50 Tote in Folge von Tschernobyl, und wenn es nicht schon soweit ist, dann wird irgendwann auch der erste Mensch an den Folgen von Fukushima sterben. Die Krebsfälle bei Kindern in Japan sind bereits angestiegen...  :'(

Und bei der nuklearen Raumfahrt, um so einigermaßen zum Thema zurück zu finden, ist immer ein Bodensegment zu betreiben. Für einen Fusionsantrieb sollte es eher klein und vergleichsweise harmlos ausfallen: Allerdings: Wie wahrscheinlich ist es, eine brauchbare Fusionsreaktion in einem Raumschiff zu generieren?

Hallo Ruhri, find ich gut, wie du die Diskussion aus der OT-Ecke geholt hast.

Ich habe speziell mit der Anwendung der Kernfusion in der Raumfahrt aus 2 Gründen wenig Probleme:

1. verlässt das evtl. kontaminierte Material ( die "Brennkammer", Düsen...) die Erde sicherlich auf Dauer, denn es wird vermutlich keine mehrstufige "Fusionsrakete" geben.

2. gibt es zwar viele Ideen, wie man eine Kernfusion in einem offenen System verwirklichen könnte, aber solange keine konkreten Verfahren absehbar sind, kann man zwar reichlich spekulieren und sich streiten, das ist aber alles längst überholt, wenn es wirklich (frühestens) in einigen Jahrzehnten Realität werden könnte.

Robert

Habe alle Beiträge, die ich nicht unmittelbar mit Fusion und Antrieb in Verbindung bringen konnte gelöscht.
Wiederholter Verweis auf eine andere private Webseite ist auch nicht mehr erforderlich.

Guten Morgen,

Beiträge à la "ich hab' da was" und "das stelle ich mir so vor, schaut mal dort" habe ich gelöscht.

Die gelöschte Information bezog sich auf das Thema bzw. vorheriger Beiträge die nicht gelöscht wurden.

Gruß,
Jens

1. Helium-Plasma für 1/10 Sekunde in der Kernfusionsforschungsanlage "Wendelstein 7-X" in Greifswald erzeugt.
http://www.ipp.mpg.de/de/aktuelles/presse/pi/2015/12_15

Gestern gab es im Berliner "Planetarium am Insulaner" einen Vortrag von jemandem vom Max-Planck Institut für Plasmaphysik, der dort in Greifswald am Wendelstein 7-X mitarbeitet.

Wenn ich das richtig verstanden habe, brauchen Kernfusionsanlagen eine gewisse Mindestgröße, um solch ein Plasma erzeugen zu können.

Für Fusionsantriebe für zukünftige Raumschiffe sind das doch eher schlechte Nachrichten, oder? Also ich will darauf hinaus das eine Miniaturisierung von Fusionskraftwerken bisher nicht vorstellbar ist. Ich such mal ob ich Links dazu finde.

Für Fusionsantriebe für zukünftige Raumschiffe sind das doch eher schlechte Nachrichten, oder? Also ich will darauf hinaus das eine Miniaturisierung von Fusionskraftwerken bisher nicht vorstellbar ist. Ich such mal ob ich Links dazu finde.

Es macht wenig Sinn, über die Miniaturisierung von etwas nachzudenken, was es noch gar nicht gibt.

Ich habe den Vortrag nicht gesehen, aber ich vermute, daß die Aussage auf der Tatsache der Energieerhaltung beruht. Eine große Kugel kann man prozentual besser isolieren als eine kleine Kugel. Und wenn ich Temperaturen von vielen Millionen Grad Celsius haben möchte, ist die Isolierung das wichtigste. Daher ist es einfacher, große Kraftwerke zu bauen als kleine.

Das heißt aber natürlich nicht, daß in 200 Jahren ein Fusionskraftwerk die Größe eines Kühlschrankes haben kann. Denn für die Energieerzeugung ist es egal, ob die Isolierung 100% oder 200% gut ist. Hauptsache, sie ist gut genug für die Erhaltung des Plasmas.

Bleibt aber die Frage: Wozu muss man so einen Reaktor kleiner bekommen? Satelliten benötigen nicht so viel Strom und Wärme.

Gestern gab es im Berliner "Planetarium am Insulaner" einen Vortrag von jemandem vom Max-Planck Institut für Plasmaphysik, der dort in Greifswald am Wendelstein 7-X mitarbeitet.

Wenn ich das richtig verstanden habe, brauchen Kernfusionsanlagen eine gewisse Mindestgröße, um solch ein Plasma erzeugen zu können.

Für Fusionsantriebe für zukünftige Raumschiffe sind das doch eher schlechte Nachrichten, oder? Also ich will darauf hinaus das eine Miniaturisierung von Fusionskraftwerken bisher nicht vorstellbar ist. Ich such mal ob ich Links dazu finde.

Ist doch egal, wie gross der Antrieb für ein Raumschiff ist.

Von Raumschiffen a la Space Shuttle muss man sich eben geistig verabschieden können. Raumschiffe die diesen Namen verdienen brauchen Jahre bis zu Ihrem Ziel, und damit Schwerkraft, und damit Rotation, und damit einen Mindestumfang grösser 50 Meter. Nicht ohne Grund hat noch keiner mit dem Bau eines Raumschiffs angefangen...

Ich bin durch das Video vom "Angry Astronaut" auf diese Firma aufmerksam geworden. Ich hatte noch nicht die Zeit, mir ein genaueres Bild zu machen. Nur so viel: Die Firma "Pulsar Fusion " (UK) existiert schon ein paar Jahre, sie scheinen stabil finanziert zu sein und sie haben schon einige Antriebe (chemisch / hybrid / elektrisch) gebaut - aber ihr definitives Ziel ist ein Fusionsantrieb!!

Jetzt kommts: Sie wollen einen Demonstrator bis 2027 im LEO haben. Keine Ahnung, wie das gehen soll. Aber: Das Ganze sieht schon nach viel mehr als nur "heißer Luft" mit viel PowerPoint aus.




Firmenwebseite

https://pulsarfusion.com/

Ich bin durch das Video vom "Angry Astronaut" auf diese Firma aufmerksam geworden.... Die Firma "Pulsar Fusion " (UK) existiert schon ein paar Jahre, ...

Na ich werd´nicht angry angesichts des nuklearen Wunderlands, das da präsentiert wird. Mei, ich wundere mich nur mal wieder.

"His plan is to build three rockets to be launched from Earth by 2027. One will carry a small nuclear fusion reactor. The three are then maneuvered in space and connected into a giant spaceship.

Powered by nuclear fusion, it will be able to travel at a staggering 500,000 miles per hour."

Sein Plan ist drei Raketen zu bauen, die 2027 von der Erde aus gestartet werden sollen. Eine wird einen kleinen Fusionsreaktor tragen. Im All werden die drei (Raketen) dann zu einem gigantischen Raumfahrzeug verbunden.

Angetrieben von Kernfusion wird es in der Lage sein, beeindruckende 500.000 Meilen pro Stunde zurückzulegen.

Ja ne ne?

Quelle: https://dailynationtoday.com/how-made-in-chelsea-toff-richard-dinan-became-an-expert-in-nuclear-fusion/

  Pirx

Fusionsreaktor im Weltraum bis 2027? möglich, aber nicht von unsere Menschheit.  Wir haben bis dato nicht mal ein Funktionsfähigen Fusionsreaktor am Boden...

Fusionsreaktor im Weltraum bis 2027? möglich, aber nicht von unsere Menschheit.  Wir haben bis dato nicht mal ein Funktionsfähigen Fusionsreaktor am Boden...

Zudem: Die Spulen von ITER sind riesig und richtig schwer. Niob ist schwer wie Eisen/Kupfer. Bei den dicken Spulenkabeln, dem Spulendurchmesser und der Anzahl der Windungen sind wir schnell auf ein Volumen von Kubikmetern. Mit geschätzten 2 m^3 wären wir schon auf 10t. Der Eisenkern dann den Faktor 10. Dazu noch der Kyostat, da die supraleitende Spule mit flüssigem Helium gekühlt werden muß. Da wären schnell mal 200 t zusammen. Außerdem: Für den terrestrischen Fusionsreaktor ITER baut man schon seit 2000. Der Betriebsbeginn 2025 ist fraglich. Nie und nimmer hätte man in diesem Jahrhundert im LEO die Möglichkeit, etwas 25-30 Jahre lang zu bauen. Realisierbar wäre so etwas im nächsten Jahrhundert.

Nach dem aktuellen Wissensstand müssen Fusionsreaktoren sowieso eine bestimmte Mindestgröße haben, damit sie effektiv bzw. positiv arbeiten können. Die liegt halt bei den Maßen, wie sie für ITER und DEMO geplant sind. Miniaturisierung ist aktuell noch völlig utopisch, bevor nicht mal der erste Reaktor, der die Reaktion positiv und dauerhaft am laufen halten kann, funktioniert.

Man benötigt eine gewisse Mindestmasse (bei klassischen Designs wie Tokamak / Stellarator) um auf Fusionsbedingungen gemäß  Lawson-Kriterium zu kommen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Lawson-Kriterium

Allerdings muss man sagen, dass ITER quasi in der Steinzeit der Hochtemperatur - Supraleitung designed wurde. Die damals verfügbaren Supraleiter vertragen nur eine bestimmte magnetische Flussdichte, die ist aber das Schlüsselkriterium bei der Fusion in Magnetkäfigen. Inzwischen gibt es aber viel bessere Materialien:

https://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_barium_copper_oxide

Damit wären wesentlich kompaktere Reaktoren möglich, ein Ansatz den das MIT mit SPARC verfolgt:

https://www.psfc.mit.edu/sparc

Für einen Zusammenbau im LEO dürfte aber auch so ein Reaktor noch deutlich zu groß sein.

Bei SPARK bin ich mehr als skeptisch: Bauzeit 2020-2025. Das mag zwar erfeulich klingen, aber es ist sowas von unrealistisch.

Gegenbeispiel: JT-60SA: Der Umbau vom JT-60U ---> JT-60SA (von Kupfer-Spulen in Niob-Titan-Spulen (Tieftemperatur-Supraleiter - exakt gleich wie im ITER) und Niob-Zinn-Spulen für das Poloidal-Feld) dauerte fast 10 Jahre. Beim Test der Toroidal-Spulen war alles ok: 25 kA - keine Probleme. Beim Test der Poloidal-Spulen flog die Sicherung heraus - wegen Kurzschluß. An der Ursachenanalyse wird seit März 2021 gearbeitet. Das Know-How von JT-60SA sollte ursprünglich in den Bau des ITER eingehen.

Es wird noch Jahre dauern, bis zunächst die "altmodischen" Tieftemperatur-Supraleiter einsatzfähig sein werden. Die modernen Hochtemperatur-Supraleiter im SPARC sind noch sehr viel weniger erforscht. Terrestrische Kernfusion: Nicht vor 2050; In der Raumfahrt: Nicht vor 2100.

Hintergrund: Die Plasmaphysik eines Tokamak ist schon gut erforscht, aber die Festkörperphysik bei Supraleitern mit hohen Stromstärken > 25 kA - da gibt es noch nicht sehr viele Personenjahre Forschung.

Hallo zusammen,

ich mag mich täuschen, aber wird in dem Video vom ärgerlichen Astronauten nicht explizit die geringere technische Komplexität eines Fusionsantriebs gegenüber des Fusionsreaktors erwähnt? Eine geringere Komplexität, verbunden mit neuen Möglichkeiten der Verkleinerung (neue Supraleiter) dürfte doch deutlichen Einfluss auf Wahrscheinlichkeit haben, dass wir dies in unserer Lebensspanne noch sehen.

Hallo zusammen,

ich mag mich täuschen, aber wird in dem Video vom ärgerlichen Astronauten nicht explizit die geringere technische Komplexität eines Fusionsantriebs gegenüber des Fusionsreaktors erwähnt? Eine geringere Komplexität, verbunden mit neuen Möglichkeiten der Verkleinerung (neue Supraleiter) dürfte doch deutlichen Einfluss auf Wahrscheinlichkeit haben, dass wir dies in unserer Lebensspanne noch sehen.

Es stimmt, dass behauptet wird, der Antrieb wäre viel einfacher als ein Kraftwerk mit einem permanenten Magnetkäfig und einer kontinuierlichen Fusion. Aber leider erklärt weder der Angry Astronaut noch das Erklärvideo und die anderen Infos auf der Webseite halbwegs nachvollziehbar wie der Antrieb funktionieren wird. Somit ein sehr spekulative Aussage.

https://pulsarfusion.com/products-development/fusion-propulsion/

Es gibt tatsächlich auch von der NASA ein Konzept für einen "direkten" Fusionsantrieb:

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001178/downloads/20190001178.pdf

Genau zu dem Konzept gibt es auch ein schönes Video von "fragomatik" auf Youtube:

Wer sich wirklich für Fusionsantriebe interessiert, dem sei dieses Video ans Herz gelegt. Dauert ein bisschen, hat mir aber zum ersten Mal klar gemacht, wie ein "direct fusion drive" funktionieren könnte. Hat mit Tokamaks oder Stellaratoren praktisch gar nichts zu tun, auch wenn es sich auch hier um einen magnetischen Einschluss des Plasmas handelt, ist stattdessen eine Variation der "field-reversed-configuration":

https://en.wikipedia.org/wiki/Field-reversed_configuration

Die verwendete Konfuguration nennt sich Princeton field-reversed configuration (PFRC), von der ist es dann nur noch ein Schritt zum Direct - Fusion - Drive

https://en.wikipedia.org/wiki/Princeton_field-reversed_configuration

https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_Fusion_Drive

Die DFD Entwicklung wird übrigens von der NASA im Rahmen des NIAC Programms finanziert (?) oder zumindest gefördert. Der ISP soll bei 10.000 s liegen. 

Das wäre dann auch noch die Kurzfassung zum DFD von den Entwicklern  .. na ja ... das ist eher der Film der Marketing - Abteilung 

Beim DFD wird mit He-3 gearbeitet. Da es terrestrisch nur sehr wenig He-3 gibt, wird es ein Ei-Henne-Problem geben: Ohne DFD lohnt der He-3 Abbau von Asteroiden nicht und ohne extraterrestrischen HE-3 Abbau wird das DFD - mangels Brennstoff - nicht lange laufen.

Beim DFD wird mit He-3 gearbeitet. Da es terrestrisch nur sehr wenig He-3 gibt, wird es ein Ei-Henne-Problem geben: Ohne DFD lohnt der He-3 Abbau von Asteroiden nicht und ohne extraterrestrischen HE-3 Abbau wird das DFD - mangels Brennstoff - nicht lange laufen.

Das ist auch Thema in dem Vortrag, aber scheinbar ließe sich die Produktion von H3 auch wieder steigern, der Preis ist zuletzt nur so rasant (von 100 USD auf über 2000 USD pro Liter) gestiegen, weil man es kaum mehr produziert. Vermutlich müsste man irgendwann mal Reaktoren rein dafür laufen lassen, um H3 zu produzieren. Ob das natürlich in der aktuellen politischen Landschaft gut ankommt ... 

Ich habe mich nun noch mal genauer mit diesem faszinierenden Konzept eines Fusionsantriebs befasst. Es ist ein gepulster Fusionsantrieb, der auf der Kompression eines Plasmas durch Metallringe basiert.

Als Beispielmission wird in dem Paper eine bemannte Marsmission beschrieben, die mit nur 130 metrischen Tonnen aus dem LEO gestartet wird! Das wären also gerade mal ein oder max. 2 Starship Starts. Die gesamte Missionsdauer liegt bei sportlichen 210 Tagen, davon 2 x 90 Tage Transfer und 30 Tage am Mars. Das nenn ich mal Effizienz!   

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190001178/downloads/20190001178.pdf

Kurz zur Erklärung des Antriebskonzeptes:

Grundsätzlich benötigt man Plasma (Zielplasmaoid): das Plasma wird in einer FRC – Anlage generiert.

https://en.wikipedia.org/wiki/Field-reversed_configuration

Zusätzlich benötig man eine Menge extrem dünner Metallringe a) zur Kompression des Plasmas im Triebwerk, gleichzeitig b) dient es als Strahlenschutz und c) als Stützmasse für den Antrieb

Zur Funktion des Triebwerks:

Die Metallringe werden mit dem richtigen Winkel und Geschwindigkeit zur Konvergenz auf das Zielplasmoid in das Triebwerk geschossen. Das dürfte natürlich technisch alles andere als einfach sein, aber das ist der Plan.

Das Ziel-FRC-Plasmoid wird erzeugt und in die Triebwerkskammer injiziert.

Das Ziel-FRC wird durch das axiale Magnetfeld der Manteltreiberspulen eingegrenzt, während es sich durch die Kammer bewegt
Konvergierende Schalensegmente (die Metallringe) bilden einen Fusionsmantel und komprimieren das Plasmoid des Ziel-FRC bis zu den Fusionsbedingungen. Um die Schalensegmente zu konvergieren werden starke Magnetfelder verwendet.

Bei der Einwärtsbeschleunigung gibt so viel magnetischen Streufluss, dass bei der Kompression das axiale Magnetfeld, das in der nun stark verdickten Metallwand gefangen ist, bis zu bis zu 600 T erreichen kann. Dieses Feld ist wesentlich stärker als das, das für die Kompression eines FRC erforderlich ist, um eine Zündung und einen Fusionsgewinn (~ 200 x) zu erreichen

Durch Fusionsneutronen und Alphastrahlen verdampft und ionisiert, dehnt sich das Plasma schlagartig gegen das Magnetfeld der Triebwerkskammer aus, was zur direkten Erzeugung von Schub führt. Das ganze Triebwerk ist mit Stoßdämpfern am Raumschiff befestigt, um den Stoß abzufedern.

Um sich das besser vorstellen zu können hier noch mal das Video, für ein halbwegs fundiertes Verständnis muss man sich aber durch das Paper durcharbeiten (ich hab es ehrlich gesagt auch nur überflogen).