Idee und Inhalt meines Buches

"Jede entsprechend weit fortgeschrittene Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden" (Zitat von Arthur C. Clarke)


Diese Idee hat mich nicht mehr losgelassen bis ich schließlich damit begonnen habe ein Buch darüber zu schreiben. Es geht um virtuelle Welten, die so perfekt simuliert sind, dass sie von der realen Welt nicht mehr zu unterscheiden sind. Da in der virtuellen Welt alles möglich ist, gibt es in meinem Buch sowohl Zukunftstechnologie, wie sie in Science Fiction Romanen zu finden ist, als auch typische Fantasy Elemente wie Magie, Fabelwesen und Fantasiewelten.

In meinem Blog werde ich nicht nur über den Fortschritt meines Buches berichten, sondern auch allgemein zu SciFi und Fantasy Themen.

Gerne lasse ich mich hierbei von euch inspirieren.

Wer mag, kann mich gerne direkt kontaktieren: roy.ofinnigan@t-online.de

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Mittwoch, 31. März 2021

Fusionsreaktor - Sci-Fi oder Fakt?

 

Photo 170922264 © Dani3315 - Dreamstime.com



Unbegrenzte Energie ist ein uralter Menschheitstraum. Waren es früher die Steinzeitmenschen, die davon träumten bei Ihren Liebsten mit heißem Badewasser zu punkten, oder später die Ritter zum Schmelzen von Eisen für ihre Rüstungen sind es heute die Bitcoin Miner, die für ihre Schürfrechner Strom in der Größenordnung einer Großstadt, brauchen.

Okay, Spaß beiseite. Für die fast 8 Milliarden Menschen auf der Erde wird eine Menge Energie gebraucht. Kaum jemand hat eine Vorstellung davon wie viel. Hier ein paar Zahlen:

Der Primärenergieverbrauch in Deutschland betrug 2018 13,106 Exajoule. Für die Nerds: Das sind 3130314321200 Kilokalorien (3,1 Billiarden kcal). Also eine riesige Menge Kuchen und Gummibären. Das dauert, um die abzutrainieren. Übrigens, 1 Kilokalorie ist die Energie, die man braucht, um 1 Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen. Wer also abnehmen möchte, braucht sich nur in eine Badewanne mit 100 Litern und 20° warmen Wasser zu setzen und zu warten, bis es 30° warm ist. Schon sind 100 Kilokalorien weg. Toll, nicht?
Wer schneller abnehmen möchte setzt sich in 10° warmes Wasser ...
Ach, äh ich schweife schon wieder ab. ’tschuldigung.



Zurück zum Thema: Von dem oben erwähnten Gesamtenergiebedarf werden ca. 1.804 Petajoule, also 13,8% von erneuerbaren Energiequellen abgedeckt (Stand 2018). Der Rest wird entweder von Atomenergie oder fossilen Energieträgern beigesteuert.

Das Dilemma ist, dass wir Atomenergie nicht wollen, fossile Brennstoffe nicht mehr verbrannt werden sollen und alternative Energie hinten und vorne nicht reichten, denn dazu müsste ungefähr 7-mal soviel produziert werden als heute. Je nachdem wie man das verteilen möchte, heißt das vieeeeel mehr Windmühlen, Solaranlagen, Biogasanlagen, usw. Ich bezweifle, dass das machbar ist. Nur mal so zum Vergleich: Der Anteil von Windenergie am Gesamtenergiebedarf in Deutschland betrug 2018 gerade mal 3%. Der von Fotovoltaik 1,3%.

BMWi Gesamtausgabe Energiedaten, Stand Oktober 2019



Aber irgendwo muss die Energie ja herkommen, damit zu Hause was Brauchbares aus der Steckdose rauskommt und die Industrie uns weiterhin mit den neuesten Fernsehern, Handies und Elektroautos versorgen kann.

Also, eine neue Energiequelle muss her. Sauber, leistungsstark und am besten so unerschöpflich wie die Sonne. Apropos Sonne. Das ist mein Stichwort. Die Lösung unserer Energieprobleme ist die Kernfusion. Zumindest, wenn es nach einigen Wissenschaftlern und Energieunternehmen geht.

Anfangs wussten wir nicht, wovon sich das Feuer der Sonne nährt. Waren es Kohlen?, radioaktiver Zerfall oder gar Kernspaltung?
Nein, nichts dergleichen. So wie wir alle musste auch die Sonne mit dem arbeiten, was sie hatte. Das war vor ein paar Milliarden Jahren nicht viel. Damals gab es nur Wasserstoff. Zum Glück für die Sonne gab’s damals noch keine Genehmigungsbehörden für das Hantieren mit Nuklearbrennstoff und auch das langwierige Beantragen von Forschungsgeldern fiel weg, weil es auch dafür noch keine Behörden gab. Also hat sie einfach losgelegt.

Zum Glück lässt sich mit Wasserstoff wunderbar heizen aber wie immer im Leben, muss erst Energie reingesteckt werden, damit was rauskommt. Ihr kennt das. Erst ’mal muss man von der Couch hoch, bevor man sich eine neue Tüte Chips holen kann.

Jedenfalls musste die protostellare Wasserstoffwolke, aus der unsere Sonne werden sollte, auch erst einmal von der Couch hoch. Dabei half ihr die Schwerkraft. Ich weiß, das klingt komisch, weil uns hier auf der Erde die Schwerkraft auf die Couch zieht, aber im Weltall stehen die Dinge manchmal auf dem Kopf. Also, es ist so: Die Gravitation zieht die Wasserstoffatome zusammen. Dabei entsteht Druck. Unter Druck heizen sich die Wasserstoffatome auf und wenn es heiß genug wird, zündet der Fusionsvorgang ganz von selbst.

Wir sprechen hier zwar von so ca. 150 Millionen Grad Celsius aber, wenn genügend Wasserstoffatome da sind, dann geht das. Also, mit Hilfe der Schwerkraft ist der Wasserstoff geradezu ein Selbstzünder. So wie der Diesel aber der kommt erst sehr viel später, wenn der Fusionsprozess schließlich beim Kohlenstoff angelangt ist.

 
Intergalaktisch war das vor vier bis fünf Milliarden Jahren übrigens ein ziemlich unbedeutendes Ereignis, in einer unbedeutenden protostellaren Wolke in einem unbedeutenden Randbereich der Milchstraße aber für uns war das Lebensentscheidend. Jedenfalls beleuchtet die Sonne von Anfang an den Pfad der Evolution auf der Erde. Angefangen von der Ursuppe bis zum Homo Sapiens und – leider auch – den Smombies.

Okay, ich schweife schon wieder ab. Jedenfalls verschmelzen die Wasserstoffkerne (Protonen) zu Helium, wenn es heiß genug ist. Dabei wird Energie frei und die heizt den Wasserstoff noch weiter auf und so weiter. Solange noch Wasserstoff da ist, hält sich der Prozess selbst am Leben. Irgendwann wird er natürlich verbraucht sein aber darum müssen wir uns noch ein paar Milliarden Jahre keine Sorgen machen.

Akut stehen andere Probleme an. Zum Beispiel, wie bringt man die Wunderenergie Kernfusion auf die Erde? Das Problem auf der Erde ist nämlich, dass wir hier erstens nicht genügend Wasserstoff für eine zweite Sonne haben und zweitens eine Genehmigung brauchen. Und die bekommt man leider nur, wenn man nachweisen kann, dass man das solare Feuer unter Kontrolle hat. Gut, daran ist Ikarus schuld. Seit er damals der Sonne zu nahe kam und abstürzte sind die Behörden bei diesem Thema äußerst hellhörig. Deshalb müssen wir aufwändig Forschung betreiben, um die notwendige Starttemperatur auch mit kleinen Mengen Wasserstoff (und dessen Isotope Deuterium und Tritium) zu erreichen.

Dafür wurden verschiedene Ansätze gewählt. Die einen versuchen es mit einem Plasmaring, der mit Magnetfeldern eingeschnürt wird, die anderen beschießen ein Wasserstoffkügelchen mit extrem leistungsfähigen Lasern und pressen damit die Atome so eng zusammen, dass sie fusionieren (Trägheitsfusion). Sie treibt die Hoffnung an, dass dabei unterm Strich mehr Energie frei wird, als die Laser hineinpumpen. Versuche laufen, es gibt auch erste Erfolge, aber von einer kommerziellen Nutzung sind sie noch meilenweit entfernt.

Aber auch die mit dem Plasmaring haben noch einen steinigen Weg vor sich.

Die Sache erweist sich als äußerst zäh. Obwohl bereits in den 60ziger Jahre des letzten Jahrhunderts damit begonnen wurde, sind wir nach Expertenschätzung immer noch 30 Jahre von der kommerziellen Nutzung entfernt. (Das erste „Demonstrationskraftwerk“ DEMO soll nicht vor 2050 Strom erzeugen). Hauptprobleme bei den Technologien, die mit ringförmigen Plasmen arbeiten (Stellerator und Tokamak) sind vor allem die komplexen Magnetfelder, die benötigt werden das Plasma gefangenzuhalten. Dafür ist eine enorme Rechenleistung notwendig, die erst jetzt ausreichend zur Verfügung steht.

Bei der Trägheitsfusion mussten erst einmal Laser entwickelt werden, die stark genug sind.

Zudem kämpfen beide Technologien mit unerwarteten physikalischen Phänomenen, die erst einmal verstanden werden und dann gelöst werden mussten.

Stellerator

Ein Stellarator ist eine torusförmige Anlage zum magnetischen Einschluss eines heißen Plasmas mit dem Ziel der Energiegewinnung durch Kernfusion (siehe Fusion mittels magnetischen Einschlusses und Kernfusionsreaktor). Der Name dieses Fusionskonzeptes soll an die Kernfusion als Energiequelle der Sterne (lateinisch stella „Stern“) erinnern.

Max-Planck Institut für Plasmaphysik, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons


Beispiel eines Stellarator-Designs (für das Wendelstein 7-X-Experiment): Ein System von Spulen (blau) umschließt Plasma (gelb). Eine magnetische Feldlinie ist in grün auf der gelben Plasmaoberfläche dargestellt.

Tokamak

Der Tokamak ist ein torusförmiger Typ eines Fusionsreaktors, der auf der Methode des magnetischen Plasmaeinschlusses beruht. Ein Plasma aus Wasserstoffisotopen in einem torusförmigen Gefäß wird durch ein starkes Magnetfeld zusammengehalten; dieses Feld wird – anders als im Stellarator – teilweise von einem im Plasma fließenden elektrischen Strom erzeugt. Die zurzeit (2019) leistungsfähigsten Anlagen zur Entwicklung der Fusionstechnik basieren auf dem Tokamak-Prinzip.

File:Schematic-of-a-tokamak-chamber-and-magnetic-profile.jpg: S. Li, H. Jiang, Z. Ren, C. Xu derivative work: MikeRun, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Trägheitsfusion


Als Trägheitsfusion werden Verfahren der Kernfusion bezeichnet, die für sehr kurze Zeit geeignete Bedingungen für thermonukleare Reaktionen herstellen, meist die Fusion von Deuterium und Tritium. Das Prinzip kommt bei der Wasserstoffbombe zur Anwendung, wird aber als Alternative zur Fusion mittels magnetischen Einschlusses auch als mögliche zivile Energiequelle untersucht. Die dabei erzielten Erfolge blieben trotz eines sehr hohen experimentellen Forschungsaufwands bisher (2020) hinter den Erwartungen zurück.

 

Benjamin D. Esham, Public domain, via Wikimedia Commons


Stationen des Zündens einer Trägheitsfusionsreaktion:
1. Laser- oder Röntgenstrahlung heizt das nur mm-große Fusionstarget auf der Oberfläche als Plasma auf.


2. Der Fusionsbrennstoff wird durch den nach innen gerichteten Implosionsdruck der äußeren Schicht komprimiert.
 

3. Der Brennstoff erreicht die zum Zünden nötige hohe Dichte und Temperatur.
 

4. Kernfusionsprozesse finden statt und die dabei entstehenden Neutronen und Heliumatomkerne setzen ein Vielfaches der eingesetzten Energie frei.
 

Anm.: Blaue Pfeile stehen für nach innen gerichtete Strahlungsprozesse, orange für nach außen gerichtete; violette stellen die zur Kompression dienende thermische Energie (Schockwelle) dar

 

Hochleistungs Laser (NOVA) am Lawrence Liverermore National Laboratory

LLNL, Public domain, via Wikimedia Commons
So sehen zum Beispiel die Laser für eine Trägheitsfusionsanlage aus.

Und wenn es einer der beiden Gruppen doch gelingen sollte, bleibt für mich immer noch die Frage, was nützt mir das bei meinem Laserschwert? Fusionsreaktoren sind nämlich viel zu groß dafür. Weder das noch mein Elektroauto noch mein Handy werden jemals davon profitieren. Zumindest nicht direkt. Möglicherweise mit kalter Fusion aber hmm, das ist vielleicht nichts weiter, als heiße Luft in Tüten, ähm Verzeihung - in Wassergläsern. 

 

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Dienstag, 19. Januar 2021

Laserschwert selber bauen?

 

ID 66029673 © Ljupco | Dreamstime.com

 

Jeder Held braucht eine Waffe. Nicht irgendeine. Nein, er braucht eine ganz Besondere.
Was wäre Artus ohne Excalibur, Zeus ohne Blitze, Winnetou ohne Silberbüchse und Thor ohne seinen Hammer Mjöllnir?

Und was wäre Luke Skywalker ohne Laserschwert?

Nichts. Genau!

Also, soe ein Teil muss her. Ich habe gleich mal bei Amazon nachgeschaut, aber da haben sie nur Kinderspielzeug. Echte Helden brauchen aber echte Waffen. Nun gut, wenn Amazon nichts hergibt, dann muss man sich halt selbst eines bauen.

Viele Versuche sind schon unternommen worden, aber bis jetzt ist es noch keinem gelungen. Nun gut, das mag daran liegen, dass man ein Jedi sein muss, um ein Laserschwert bauen zu können. Hmmm, man kann es trotzdem einmal versuchen. Vielleicht wird man dadurch ja zum Jedi? Wer weiß.

Ich jedenfalls, habe gleich, nachdem ich zum ersten Mal Star Wars gesehen habe, mit meinen Überlegungen dazu begonnen. Meine erste Idee war einen leistungsfähigen Laser zu verwenden. Sowas gab es damals aber noch nicht. Mit heutigen Lasern kann man immerhin schon Cruise Missiles und Raketen abschießen. Aber auch die sind nichts für die Hosentasche.

Später jedenfalls kamen Laserpointer auf. Einige der Modelle haben tatsächlich wie ein Laserschwert ausgesehen. Die Dinger haben aber einen entscheidenden Nachteil. Der Laserstrahl hat eine starke Tendenz in die Ferne zu schweifen. Das ist für den Nahkampf ungünstig. Zu leicht können Unbeteiligte aus Versehen zerstückelt werden. Und der Einsatz in Raumschiffen ist generell fragwürdig, da bei jedem Streich auch gleich noch ein Stück aus der Bordwand herausgesäbelt wird.

Ich habe hin- und herüberlegt, aber mir ist nichts eingefallen, wie man den Laserstrahl dazu überreden könnte nach ca. einem Meter umzukehren. Außer einem Spiegel natürlich. Aber Lukes Laserschwert hatte definitiv keinen Spiegel. Außerdem wäre der bestimmt gleich beim ersten Kontakt mit Darth Vaders Lichtsäbel zerbrochen. Also, der Spiegel ist vielleicht gut für die Hexe aus »Schneewittchen und die 7 Zwerge« aber nichts, um damit die Welt zu retten.

Okay, was für Alternativen gibt’s?

Nun, da wäre die Möglichkeit einen Metallstab so aufzuheizen, dass er weiß glüht. Das geht tatsächlich. Das muss aber ein Metall sein, das solche Temperaturen aushält. Immerhin reden wir hier von ca. 1500°C. Wolfram zum Beispiel verträgt das. Wer von dem Metall noch nichts gehört hat, das ist das Material, aus dem die Glühdrähte von Glühbirnen sind. Daran hat sich seit Edison nichts geändert, bis die EU den Verkauf und Betrieb von dem Teufelszeug verboten hat. Aber von Lichtschwertern haben sie nichts gesagt. Der Macht sei Dank!
Wie man das zum Glühen bringt, fragt ihr? Ach so ja, ganz einfach: Man jagt viel Strom durch.

Die Jungs vom Hacksmith Studio haben das tatsächlich hingekriegt:  



Gut, das sieht schon sehr realistisch aus, aber so richtig überzeugt bin ich noch nicht. Die Jedis bei Star Wars laufen ja auch nicht mit Wolframstabschwertern herum, sondern mit einem cool designten Griff, der auf Knopfdruck den heißen Teil ausfährt.

Also neue Ideen müssen her. Zum Beispiel Plasma. Plasma kennt jeder, der schon einmal einen Blitz gesehen hat. Das sind elektrisch geladene Teilchen, die auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden. So ein Plasma ist extrem heiß und durchtrennt mühelos Haut, Knochen, Tresorwände, spaltet Bäume und, wenn es sein muss, auch Stein.

Die Hacksmith Padawane benutzen eine Mischung aus Sauerstoff und Propan für ihr »Plasma«. Das sieht schon ziemlich realistisch aus. Mit Griff und Rucksack für die Gasflaschen im Steampunk-Stil könnte es sogar direkt aus einem Star-Wars-Comic stammen. Das Schwert fährt jedenfalls absolut realistisch aus und erreicht Temperaturen von bis zu 2200 Grad Celsius. Damit lässt sich was anfangen.


 

Aber für den Jedi-Status muss jetzt noch das Problem gelöst werden, dass der Strahl nicht wirklich fest ist. Wie soll man damit einen Schwertkampf durchführen?


Dafür hätte ich eine Lösung: Man muss echtes Plasma aus geladenen Teilchen erzeugen. Wenn die dann alle die gleiche Ladung haben, prallen die Schwerter aneinander ab genau so, wie in den Star Wars Filmen. Genial, nicht?

Eben.

Allerdings ist da noch ein kleines Problem. Für so einen massiven Strom aus geladenen Teilchen, den man dafür bräuchte, benötigt man einen Teilchenbeschleuniger. Einen richtig guten. Ich meine so einen, wie sie ihn beim CERN haben. Ihr wisst schon. Das ist die riesige Röhrenmaschine tief unter der Erde bei Genf, mit der sie das Higgs-Boson gefunden haben. Das hatte sich da anscheinend da unten im Tunnel versteckt. ;-)

So was kann man auch selber bauen. Die Miniaturisierung schreitet so rasant voran, so dass man das mit etwas Geduld, Fingerspitzengefühl und 3-D Drucken schon hinkriegt. Immerhin gibt’s jetzt ja auch schon seit einiger Zeit Tiny-Homes, Nanotechnologie und Handys in der Armbanduhr.
Das ist also nicht das Problem. Nein, es ist die Energieversorgung! Beim CERN haben sie dafür ein eigenes Kraftwerk. Das ist allerdings nicht portabel und hergeben wollen die es auch nicht. Okay, können sie behalten. Wir brauchen sowieso was Kleineres und Leichteres. Also Kyberkristalle zum Beispiel.

Wenn ihr aber jetzt glaubt ich wäre auf der Suche nach solchen Kristallen habt ihr euch geirrt. Ich habe schließlich nicht die Zeit, die ganze Galaxis danach abzuklappern. Und auch nicht die Geduld, wie die Jungs auf Oak Island, die mittlerweile seit 270 Jahren (in mehreren Generationen) nach dem Schatz dort suchen. Nein, es gibt ja noch andere Alternativen: Als da wären zum einen Mini Schwarze Löcher oder kalte Fusion oder – Halt, das wird nicht verraten!




 





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