Was ist Kernfusion?

Kernverschmelzungen sind wichtige Naturprozesse: Viele chemische Elemente sind per Fusion aus Wasserstoff entstanden; Fusion ist die Energiequelle von Sonne und Sternen.


Kernfusion in der Sonne ...

Die Sonne ist Grundlage allen irdischen Lebens: In dem Zentralgestirn stecken 99,8 Prozent der Masse des gesamten Planetensystems. Der riesige Plasmaball besteht überwiegend aus Wasserstoff.

In seinem heißen Inneren brennt ein beständiges Fusionsfeuer. Hier verschmelzen die Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Die bei dieser Kernfusion erzeugten gewaltigen Energien erwärmen und beleuchten auch die Erde.


... und auf der Erde

Ziel der Fusionsforschung ist es, aus der Verschmelzung von Atomkernen in einem Kraftwerk Energie zu gewinnen. Unter irdischen Bedingungen verschmelzen am leichtesten die beiden Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Dabei entsteht ein Helium-Kern, außerdem wird ein Neutron frei sowie große Mengen nutzbarer Energie: Ein Gramm Brennstoff könnte in einem Kraftwerk 90 000 Kilowattstunden Energie erzeugen – die Verbrennungswärme von 11 Tonnen Kohle.

Die Fusionsbrennstoffe sind billig und auf der Erde gleichmäßig verteilt. Deuterium ist in nahezu unerschöpfbaren Mengen im Meerwasser zu finden. Tritium – ein radioaktives Gas mit kurzer Halbwertszeit von 12,3 Jahren – kommt in der Natur kaum vor. Es kann aber innerhalb des Kraftwerks aus Lithium gebildet werden, das ebenfalls reichlich vorhanden ist. Da ein Fusionskraftwerk zudem günstige Umwelt- und Sicherheitseigenschaften aufweisen wird, könnte die Fusion nachhaltig zur künftigen Energieversorgung beitragen.



Seit Jahrmillionen scheint die Sonne und verströmt nahezu unerschöpfliche Mengen von Energie.(Foto: Panthermedia)

Fusionskraftwerk Sonne

Seit Jahrmillionen scheint die Sonne und verströmt nahezu unerschöpfliche Mengen von Energie.
(Foto: Panthermedia)
Ihre Quelle war lange ein Rätsel: Eine langsam abkühlende Schmelze? Ein Kohlefeuer? Unmöglich angesichts des hohen Sonnenalters!(Foto: ESA/NASA)

Ihre Quelle war lange ein Rätsel: Eine langsam abkühlende Schmelze? Ein Kohlefeuer? Unmöglich angesichts des hohen Sonnenalters!
(Foto: ESA/NASA)
William Thomson fragte 1862: Zieht die eigene Schwerkraft die Sonne zusammen?  Entstehen bei dieser Verdichtung Wärme und Licht?(Foto: Wikipedia/Public Domain)

William Thomson fragte 1862: Zieht die eigene Schwerkraft die Sonne zusammen?  Entstehen bei dieser Verdichtung Wärme und Licht?
(Foto: Wikipedia/Public Domain)
Arthur Eddington erkannte 1920: Kernfusion ist die Energiequelle der Sonne. Die Proton-Proton-Reaktion beschrieb schließlich 1938 Hans Bethe.(Fotos: Bain Collection; Los Alamos National Laboratory)

Arthur Eddington erkannte 1920: Kernfusion ist die Energiequelle der Sonne. Die Proton-Proton-Reaktion beschrieb schließlich 1938 Hans Bethe.
(Fotos: Bain Collection; Los Alamos National Laboratory)
In mehreren Schritten verschmelzen vier Atomkerne des Wasserstoffs: Es entsteht ein  Heliumkern. Er ist leichter als die vier Anfangskerne.

In mehreren Schritten verschmelzen vier Atomkerne des Wasserstoffs: Es entsteht ein  Heliumkern. Er ist leichter als die vier Anfangskerne.
In jeder Sekunde „verbrennen“ im Sonnenzentrum 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium ...

In jeder Sekunde „verbrennen“ im Sonnenzentrum 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium ...
Sekündlich verschwinden vier Millionen Tonnen Sonnenmasse. Sie verwandeln sich gemäß Einsteins berühmter Formel direkt in Energie.(Grafik: IPP; Foto: ESA/NASA)

Sekündlich verschwinden vier Millionen Tonnen Sonnenmasse. Sie verwandeln sich gemäß Einsteins berühmter Formel direkt in Energie.
(Grafik: IPP; Foto: ESA/NASA)
Erst ein Zehntausendstel an Masse ging seit der Sonnengeburt vor 4,5 Milliarden Jahren verloren – der Vorrat im Zentrum reicht noch einmal so lange.(Foto: ESA/NASA)

Erst ein Zehntausendstel an Masse ging seit der Sonnengeburt vor 4,5 Milliarden Jahren verloren – der Vorrat im Zentrum reicht noch einmal so lange.
(Foto: ESA/NASA)
Trotz hoher Temperatur und extremem Druck – 15 Millionen Grad und 200 Milliarden Atmosphären – läuft die Fusion in der Sonne nur langsam.(Grafik: MPI für Sonnensystemforschung)

Trotz hoher Temperatur und extremem Druck – 15 Millionen Grad und 200 Milliarden Atmosphären – läuft die Fusion in der Sonne nur langsam.
(Grafik: MPI für Sonnensystemforschung)
Für ein irdisches Kraftwerk wählt man eine schnellere Reaktion: Der Brennstoff ist 100 Millionen Grad heiß, der Druck nur so hoch wie im Autoreifen.

Für ein irdisches Kraftwerk wählt man eine schnellere Reaktion: Der Brennstoff ist 100 Millionen Grad heiß, der Druck nur so hoch wie im Autoreifen.
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