Kernfusion in der Sonne & auf der Erde (Reaktionsgleichung)

Die Kernfusion ist im Wesentlichen der Gegenvorgang zur Kernspaltung. Wie die Spaltung eines großen Atomkerns in mehrere mittelgroße, ist auch die Verschmelzung von 2 kleineren Kernen zu einem mittelgroßen aus energetischer Sicht sinnvoller.

Exakt dieser Vorgang wird als Kernverschmelzung oder Kernfusion bezeichnet. Diese Fusionsvorgänge sind bis zum Eisen möglich. Ab diesem Punkt lohnt sich dann jedoch keine Kernfusion mehr, da die energetische Bilanz für weitere Prozesse negativ ausfallen würde. Das bedeutet, dass bei diesem Vorgang keine Energie mehr frei wird, sondern dass man sogar noch zusätzliche Energie aufwenden muss.

Natürliche Kernfusion in der Sonne

Genau das natürliche Kraftwerk, welches unser aller Leben ermöglicht, funktioniert nach dem Prinzip der Kernfusion: Die Sonne. Auf dieser verschmelzen 2 Wasserstoffatome zu einem schweren Wasserstoffatom, welches man auch als Deuterium bezeichnet.

Die Reaktionsgleichung für diesen Vorgang lautet:

Außerdem fusionieren 2 Wasserstoffatome zu einem Heliumatom:

Induzierte Kernfusion auf der Erde

Seit vielen Jahren wird versucht, den Fusionsprozess, der auf der Sonne abläuft, auch auf der Erde umzusetzen. Die Grundidee ist, die Kernteilchen frei beweglich zu machen.

Dazu ist jedoch eine sehr hohe Temperatur von mehreren Millionen Grad Celsius notwendig, weil erst dann die Abstoßung zwischen den einzelnen Kernteilchen überwunden werden kann. Dann würde Plasma vorliegen, worin eine Kernfusion stattfinden könnte.

Dieses extrem heiße Plasma möchte man in einer Magnetspule gefangen halten.

Kernfusionsreaktoren

Derzeit gibt es zahlreiche Anlagen, in denen der Ablauf der Kernfusion näher erforscht wird und die technische Umsetzung angestrebt wird. Ein solcher Versuchsreaktor ist beispielsweise das ITER-Projekt im südfranzösischen Cadarache. Hier wird versucht, aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium Helium herzustellen.

Die Gleichung zu diesem Vorgang lautet wie folgt:

Die Energiefreisetzung der Kernfusion beruht auf dem Massendefekt, der bei einer solchen Fusion auftritt. Das bedeutet, dass die Masse der Produkte wesentlich geringer als die Masse der Edukte ist. Dieser Massenunterschied ist laut Einsteins Formel nun gerade die entstandene Energie.

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Mit dieser bekannten Formel lässt sich die entstandene Energie sehr leicht berechnen, da man lediglich die Massendifferenz mit der quadrierten Lichtgeschwindigkeit multiplizieren muss.