Kurznachrichten 01/2021

Weitere Nuklearantriebe in Vorbereitung

Der Mars-Rover Perseverance der NASA erhält seine Energieversorgung von einem Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), der in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium (DOE) entwickelt wurde. Das MMRTG erzeugt die für die Mission benötigte Energie aus dem natürlichen Zerfall von Plutonium-238, einer nicht waffenfähigen Form des Radioisotops. Die durch den natürlichen Zerfall entstehende Wärme liefert Tag und Nacht konstanten Strom. Ein Sonnensegel, wie es bei vielen Weltraummissionen eingesetzt wird, wäre angesichts der geringen Sonneneinstrahlung auf dem Mars nicht in der Lage, die großen Energiemengen zum Betrieb der vielen Instrumente von Perseverance zu liefern.

Das US-Energieministerium und die NASA planen bereits die Entwicklung eines „Dynamischen Radioisotopen-Energiesystems“, das ebenfalls Pu-238 als Wärmequelle nutzt und bei einer möglichen Demonstrationsmission zum Mond eingesetzt werden soll. Es soll dreimal effizienter sein als die von Perseverance verwendete Technologie und daher bei größeren Missionen im Weltall zum Einsatz kommen. Der Generaldirektor der World Nuclear Association, Sama Bilbao y León, begrüßte diese Perspektive und betonte, Perseverance sei „nur ein weiteres Beispiel für die vielen Wege, auf denen Kernforschung und Kerntechnik zum Fortschritt der Menschheit beitragen“.

Auch in Rußland wird an der Entwicklung neuer nuklearer Energiesysteme für Weltraummissionen gearbeitet. Das Troitsk-Institut für innovative und thermonukleare Forschung (Triniti) in Moskau plant laut dem stellv. Generaldirektor Kirill Iljin bis 2030 den Bau eines neuen thermonuklearen Reaktors. Die Aufgabe von Triniti sei es, „ein Plasma-Raketentriebwerk auf der Basis von Magnet-Plasma-Beschleunigern“ zu entwickeln, die für verschiedene Zwecke benötigt werden, darunter einige neue Möglichkeiten im erdnahen Orbit sowie die Erforschung des tiefen Weltraums.

Der Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) im NASA Kennedy Space Center in Florida. Im Hintergrund rechts steht der Gittercontainer, auch „Gorillakäfig“ genannt, worin der MMRTG während des Transports geschützt wird und die entstehende Überschußwärme an die Luft abgegeben werden kann. Quelle: NASA

NASA: Fortschritte bei niederenergetischen Nuklearreaktionen

Bereits im Juli 2020 hat ein Team von NASA-Wissenschaftlern bedeutende Fortschritte in der Fusionsforschung mit einer neuen Technik bekannt gegeben. Der neue Ansatz der NASA unterscheidet sich vom Konzept des Trägheitseinschlusses (wie z. B. bei der Laserfusion) und des Magneteinschlusses (wie bei den Tokamaks), bei denen extrem hohe Temperaturen erreicht werden müssen, damit die Nukleonen die elektrostatische Abstoßung überwinden, welche ihre Verschmelzung verhindert.

Die NASA untersuchte vielmehr die Möglichkeit einer Deuterium-Deuterium-Fusion, indem Deuteronen in ein Metallgitter eingebracht werden. Dies hat zwei Vorteile: Erstens, die Deuteronen sind in dem Metallgitter 1 Milliarde Mal dichter gepackt als in der Plasmaform eines Tokamaks. Zweitens, die Elektronen in der Metallstruktur helfen dabei, die elektrostatische Abstoßung zwischen den Deuteronen „abzuschirmen“, die beide positiv geladen und daher schwer zusammenzubringen sind.

Deuteriumkerne, die mit hohem Druck in das Metallgitter von Erbium und Titan gezwungen wurden, bilden die Grundlage für das von der NASA vorgestellte Fusionsverfahren. Quelle: NASA

Mit Hilfe eines externen Geräts schossen die Forscher hochenergetische Photonen auf das Gitter, wodurch einige Deuteronen in Protonen und Neutronen gespalten werden. Die so erzeugten Neutronen könnten dann andere Deuteronen treffen („aufheizen“), wodurch diese wiederum auf andere Deuteronen treffen und mit ihnen verschmelzen, wodurch Helium-3 und ein weiteres Neutron freigesetzt wird, wobei das Neutron seinerseits den Prozeß fortsetzen könnte.

Noch ist bei dem Experiment nicht erreicht, daß sich der Prozeß durch seine eigenen Reaktionen aufrecht erhält, aber die beteiligten Wissenschaftler glauben, daß es ein erhebliches Potential gibt, den Prozeß auszuweiten, um zur Energieverwendung im Weltraum, als Raumfahrtantrieb und bei der Produktion von Radioisotopen eingesetzt zu werden. Die englische Pressemitteilung der NASA ist hier verfügbar: https://www1.grc.nasa.gov/space/science/lattice-confinement-fusion/

Überraschung in Afrika: Luftverschmutzung sinkt mit steigender Wirtschaftsleistung

Schnell wachsende Länder verzeichnen in der Regel einen starken Anstieg der Luftverschmutzung, wenn ihre Bevölkerung und Wirtschaft expandieren. Doch eine neue Studie zur Luftqualität in Afrika vom Februar 2021 hat das Gegenteil festgestellt: In einer der dynamischsten Regionen des afrikanischen Kontinents sinkt die Luftverschmutzung deutlich.
Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienenen Studie wird festgestellt, daß die Werte gefährlicher Stickoxide, ein Nebenprodukt der Verbrennung, im nördlichen Teil von Afrika südlich der Sahara stark zurückgegangen sind, während der Wohlstand und die Bevölkerung in diesem Gebiet zugenommen haben.
„Das traditionelle Paradigma besagt, daß in Ländern mit mittlerem und niedrigem Einkommen oft mehr Emissionen entstehen, und es ist sehr interessant, hier eine andere Entwicklungsrichtung zu sehen“, sagte Jonathan Hickman vom NASA Goddard Institute for Space Studies, der der Hauptautor der Studie war.
Der Grund dafür ist laut den Forschern, daß eine Zunahme der Verschmutzung durch Industrie und Verkehr in dem untersuchten Gebiet – vom Senegal und der Elfenbeinküste im Westen bis zum Südsudan, Uganda und Kenia im Osten – offenbar durch einen Rückgang der von Bauern gelegten Brände ausgeglichen wurde.

In memoriam Dr. Nils-Axel Mörner

Der schwedische Wissenschaftler Dr. Nils-Axel Mörner ist am am 16. Oktober 2020 verstorben. Er war eine unabhängige Stimme der Vernunft in der Klimadebatte. Als Dekan der Fakultät für Paläogeophysik und Geodynamik an der Universität Stockholm hat er 35 Jahre lang die Entwicklung des Meeresspiegels und seine Auswirkungen auf die Küstengebiete untersucht. Mörner war von 1999–2003 Präsident der INQUA-Kommission zur Meeresspiegelveränderung und Küstenentwicklung und leitete das Meeresspiegelprojekt auf den Malediven.

In FUSION veröffentlichten wir in Ausgabe 1/2008 seinen Beitrag „Keine Gefahr eines globalen Meeresspiegelanstiegs“.

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