Science Fiction – Hochkatalysierter Fusionstreibstoff


In Science-Fiction Romanen und auch Filmen wird immer wieder hochkatalysierter Fusionstreibstoff erwähnt, ein Material das schon bei moderaten Drücken und Temperaturen zur Fusion zu bringen ist.

Zu der Idee einer Katalyse wollte mir nicht viel Einfallen, aber bei der Betrachtung der Probleme der Wasserstofffusion kam mir eine Idee.

Wasserstoffkerne zur Fusion zu bringen ist nicht einfach, da sich die positiv geladenen Kerne gegenseitig abstossen.  Freiwillig fusionieren sie nicht. Wasserstoff ist dabei noch das Element mit der kleinsten Kernladung, und damit der kleinsten Abstossung zwischen den Kernen.

Die Sonne löst das Problem durch Gravitation, die die Dichte und auch die Temperatur des Mediums so weit erhöht, dass Fusion möglich ist. Das gelingt der Sonne durch schiere Masse. Allerdings ist das für uns im Moment technisch nicht machbar, da wir keine Generatoren für Gravitation haben, und auch keine Wege kennen Gravitation zu erzeugenk, ausser durch die Ballung von Masse bzw. einer äquivalenten Menge Energie – was angesichts der Idee mit der Fusion Energie zu erzeugen aber nicht Zielführend zu sein scheint, weil die nötige Energiemenge ein fast Unvorstellbares Vielfaches derer wäre, die aus der Fusion gewonnen werden könnte. Und an Masse fehlt uns schliesslich einfach die Materie – selbst die Erde ist nicht dick genug.

Zur Zeit versucht man das Problem dadurch zu lösen, dass man die Wasserstoffkerne in Bewegung bringt, und hofft, dass sich zwei mehr oder weniger zufällig treffen, und dabei die Masseträgheit der Kerne mit dem Schwung der Bewegung die abstoßende Wirkung der Kernladung lange genug überwinden kann, damit eine Fusion stattfindet. Dazu erhöht man die Temperatur, was zu schnelleren Kernen führt, und den Druck, mithin die Dichte des Mediums, was zu mehr Zusammenstössen führt.

Die notwendigen Drücke und Temperaturen sind enorm, und es ist bislang auf diesem Wege noch nicht gelungen, längerlaufende Fusionsreaktionen zu erzeugen, aber man ist auf dem Weg dorthin.

Es gibt auch schwerere Wasserstoff-Isotope. Im Moment werden für Fusionsexperimente die Isotope 1H bis 3H benutzt, aber bekannt sind Isotope bis 7H, mit etwa der siebenfachen Masse normalen Wasserstoffs.

Diese Isotope hätten aufgrund der höheren Masse bei gleichem Druck und Temperatur eine höhere Chance in die Fusion einzutreten, als die leichteren Isotope. Leider sind diese Isotope nicht stabil, sondern extrem kurzlebig. Und ich muss zugeben, ich habe keine Ahnung was aus dem fusionierten Kern, z.B. einem 14He werden würde und wie die Energiebilanz einer solchen Fusion aussieht.

Vorstellbar wäre damit ein „hochkatalysierter“ Fusionstreibstoff der entweder aus stabilisierten, extrem schweren Wasserstoffisotopen besteht, oder dass der Katalysator so wirkt, dass bei bestimmten Druck und Temperatur diese Isotope aus dem Treibstoff  entstehen, und dann spontan fusionieren könnten.

Für den ersten Fall muss man sagen, solche Katalysatoren sind bislang weitgehend unbekannt, obwohl es theoretisch möglich ist den Zerfall bzw. die Stabilität eines Atomkerns durch Umgebungsbedingungen zu beeinflussen.

Der zweite Fall scheint zunächst realistischer, der Katalysator müsste Neutronen aus einer Quelle auf leichten Wasserstoff übertragen, was einfacher ist als eine Fusion, da Neutronen keine Ladung tragen, und den Kern deshalb Problemlos erreichen. Hier stellt sich vor allem die Frage der Effizienz – Wasserstoffkerne sind klein, und dazwischen ist viel Leerraum. Der Katalysator müsste die Neutronen also sehr gezielt übertragen, damit sie nicht zwischen den Wasserstoffkernen verlorengehen. Das könnte eventuell durch Anlagerung des Wasserstoffs an den Katalysator und eine Nanostruktur des Katalysators gewährleistet werden, was immer noch die Frage nach der Neutronenquelle offen lässt.

Es sieht also so aus, als bliebe die Idee des hochkatalysierten Fusionstreibstoffes Science Fiction, bis wir entweder Katalysatoren haben, die die höheren Wasserstoff (oder andere Fusionswillige Isotope) stabilisieren können, oder bis es Katalysatoren gibt, die eine Effiziente Erzeugung solcher Isotope möglich machen.

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