Definition der Kernfusion
Kernfusion bezeichnet den Prozess, bei dem zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren Kern verschmelzen. Dabei wird Energie freigesetzt.¹
Voraussetzungen für Kernfusion
Für eine Kernfusion sind extreme Bedingungen nötig:
- Sehr hohe Temperaturen (ca. 100 Millionen Grad Celsius)
- Hoher Druck
Diese Bedingungen sind notwendig, um die elektrostatische Abstoßung zwischen den positiv geladenen Kernen zu überwinden.²
Ablauf der Kernfusion
Leichte Atomkerne (z.B. Wasserstoffisotope wie Deuterium und Tritium) werden auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.
- Bei Kollision überwinden sie die Coulomb-Barriere (elektrostatische Abstoßung).
- Die Kerne verschmelzen zu einem schwereren Kern (z.B. Helium).
- Bei der Fusion wird Energie in Form von Wärme und Strahlung freigesetzt.³
Energiefreisetzung
Die freigesetzte Energie lässt sich mit Einsteins Formel E = mc² berechnen, wobei m der Massendefekt ist – die Differenz zwischen der Masse der Ausgangskerne und der Masse des fusionierten Kerns.⁴
Beispielreaktion
Eine wichtige Fusionsreaktion ist die von Deuterium und Tritium:
²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 MeV
Hier verschmelzen Deuterium und Tritium zu Helium, wobei ein Neutron und 17,6 MeV Energie freigesetzt werden.⁵
Natürliches Vorkommen
Kernfusion findet natürlich im Inneren von Sternen wie unserer Sonne statt.⁶
Technische Umsetzung
Die kontrollierte Kernfusion auf der Erde zu realisieren, ist eine große technische Herausforderung. Zwei Hauptansätze werden verfolgt:
- Magnetischer Einschluss (z.B. in Tokamak-Reaktoren)
- Trägheitsfusion (mit Lasern)⁷
Potenzial und Herausforderungen
Kernfusion bietet das Potenzial für eine nahezu unerschöpfliche, saubere Energiequelle. Herausforderungen sind jedoch die Kontrolle des Plasmas, die Materialbelastung und die Erzielung einer positiven Energiebilanz.⁸