Kernfusion

Autor: Leandro Alegsa

03-11-2020

Kernfusion ist der Prozess, bei dem aus zwei leichteren Kernen ein einziger schwerer Kern (Teil eines Atoms) entsteht. Dieser Prozess wird als Kernreaktion bezeichnet. Dabei wird eine große Menge an Energie freigesetzt.

Der durch Fusion entstandene Kern ist schwerer als die beiden Ausgangskerne. Er ist jedoch nicht so schwer wie die Kombination der ursprünglichen Masse der Ausgangskerne (Atome). Diese verlorene Masse wird in viel Energie umgewandelt. Dies wird in Einsteins berühmter E=mc2-Gleichung gezeigt.

Die Fusion findet in der Mitte von Sternen statt, wie bei der Sonne. Wasserstoffatome werden miteinander verschmolzen, um Helium zu bilden. Dabei wird viel Energie freigesetzt. Diese Energie treibt die Wärme und das Licht des Sterns an. Nicht alle Elemente können miteinander verbunden werden. Schwerere Elemente lassen sich weniger leicht verbinden als leichtere. Eisen (ein Metall) kann nicht mit anderen Atomen verschmelzen. Dadurch sterben Sterne. Sterne verbinden alle ihre Atome zu schwereren Atomen verschiedener Art, bis sie anfangen, Eisen zu bilden. Der Eisenkern kann nicht mit anderen Kernen verschmelzen. Die Reaktionen hören auf. Der Stern wird schließlich abkühlen und sterben.

Auf der Erde ist es sehr schwierig, Kernfusionsreaktionen zu starten, die mehr Energie freisetzen, als zum Starten der Reaktion benötigt wird. Der Grund dafür ist, dass Fusionsreaktionen nur bei hoher Temperatur und hohem Druck ablaufen, wie bei der Sonne, weil beide Kerne positiv geladen sind und positiv abstoßen. Die einzige Möglichkeit, die Abstoßung zu stoppen, besteht darin, die Kerne mit sehr hohen Geschwindigkeiten gegeneinander schlagen zu lassen. Das tun sie nur bei hohem Druck und hoher Temperatur. Der einzige erfolgreiche Ansatz war bisher im Bereich der Kernwaffen. Bei der Wasserstoffbombe wird eine Atombombe (Spaltbombe) verwendet, um Fusionsreaktionen zu starten. Wissenschaftler und Ingenieure haben jahrzehntelang versucht, einen sicheren und funktionierenden Weg zu finden, um Fusionsreaktionen zur Stromerzeugung zu kontrollieren und einzudämmen. Sie haben noch viele Herausforderungen zu bewältigen, bevor die Fusionsenergie als saubere Energiequelle genutzt werden kann.

Die Sonne erzeugt ihre Energie durch Kernfusion von Wasserstoffkernen zu Helium. In ihrem Kern verschmilzt die Sonne jede Sekunde 620 Millionen Tonnen Wasserstoff.

Zur Freisetzung der Fusionsenergie wird die Wasserstoff-Deuterium-Tritium (D-T)-Fusionsreaktion verwendet.

Eine Version des Periodensystems mit Angabe der Ursprünge - einschließlich der stellaren Nukleosynthese - der Elemente. Elemente über 94 sind künstlich hergestellt und nicht enthalten.

Fragen und Antworten

F: Was ist Kernfusion?

A: Kernfusion ist der Prozess, bei dem aus zwei leichteren Kernen ein einzelner schwerer Kern (Teil eines Atoms) entsteht. Dieser Prozess wird als Kernreaktion bezeichnet und setzt eine große Menge an Energie frei.

F: Wie funktioniert dieser Prozess?

A: Der durch Fusion entstandene Kern ist schwerer als einer der beiden Ausgangskerne, aber nicht so schwer wie die Kombination ihrer ursprünglichen Masse. Diese verlorene Masse wird in viel Energie umgewandelt, was in Einsteins berühmter Gleichung E=mc2 zum Ausdruck kommt.

F: Wo findet dieser Prozess statt?

A: Die Fusion findet im Inneren von Sternen wie unserer Sonne statt, wo Wasserstoffatome zu Helium verschmolzen werden und viel Energie freisetzen, die ihre Wärme und ihr Licht erzeugt.

F: Können alle Elemente durch Fusion miteinander verbunden werden?

A: Nein, schwerere Elemente lassen sich weniger leicht verbinden als leichtere und Eisen (ein Metall) kann überhaupt nicht mit anderen Atomen fusionieren. Das ist der Grund, warum Sterne sterben, wenn sie alle ihre Atome zu schwereren Atomen verbinden, bis sie anfangen, Eisen herzustellen, das nicht mehr fusioniert werden kann.

F: Ist es einfach, auf der Erde Kernfusionsreaktionen zu starten?

A: Nein, es ist sehr schwierig, da diese Reaktionen nur bei hohen Temperaturen und hohem Druck wie in der Sonne ablaufen, da beide Atomkerne positive Ladungen haben, die sich gegenseitig abstoßen, so dass sie mit sehr hoher Geschwindigkeit aufeinander treffen müssen, um erfolgreich zu fusionieren.

F: Ist es jemandem gelungen, diese Reaktionen zur Stromerzeugung zu kontrollieren oder einzudämmen?

A: Noch nicht - Wissenschaftler und Ingenieure versuchen es seit Jahrzehnten, aber es gibt noch viele Herausforderungen, bevor die Fusionsenergie als saubere Energiequelle genutzt werden kann.

F: Was ist bisher in Bezug auf die Kernfusion erfolgreich gewesen?

A: Der einzige erfolgreiche Ansatz war bisher bei Atomwaffen, wo die Wasserstoffbombe eine Atombombe (Kernspaltung) verwendet, um die Reaktion zu starten.