Techniklexikon

Lawson-Kriterium

Kriterium, welches in Fusionsreaktoren die Bedingungen zur Zündung der Kernfusion angibt. Geht man von einem vollionisierten Plasma einheitlicher Ionen- und Elektronentemperatur aus (mit Plasmadichte n), so beträgt die thermische Energiedichte F_H = 3nkT. Sie muss innerhalb der Einschlusszeit t des Plasmas von aussen zur Verfügung gestellt werden. Aufgrund der Fusionsreaktionen wird im Plasma die Energie E frei, deren Leistungsdichte pro Volumen und Zeit  beträgt (v: Relativgeschwindigkeit der stossenden Teilchen, s: Fusionsquerschnitt). Das Verhältnis von Heizleistung und Fusionsleistung beider Energiedichten wird als Gain bezeichnet. Um bei gegebener Temperatur einen bestimmten Gain zu erreichen, ist ein gewisser Wert des Produkts aus Plasmadichte und Einschlusszeit notwendig:

diese Bedingung wird als Lawson-Kriterium bezeichnet. Am Break-Even-Point, an dem Heiz- und Fusionsleistung gleich gross sind, gilt das Gleichheitszeichen. Energieverluste wie Bremsstrahlung durch Elektron-Ion-Stösse reduzieren die Energie im Plasma und dadurch auch die Einschlusszeit; sie bilden eine obere Grenze des Lawson-Kriteriums. Ist nt etwa fünf, so wird das Plasma durch Stösse mit Alphateilchen aus der Fusion geheizt und die Zündung des Fusionsbrennens setzt ein.