Die Kernfusion ist ein besonderer Prozess der Kernphysik, bei dem zwei leichte Atome zu einem größeren Atom verschmelzen. Dieser Prozess ist für die wissenschaftliche Welt faszinierend, da dabei eine große Menge Energie freigesetzt wird.
Kernfusion ist eine Art Reaktion, die die Struktur von Atomen verändert, die im Weltraum auftritt, auf der Erde jedoch nur sehr schwer zu reproduzieren ist. Sehen wir uns einige Beispiele an:
Die Sonne und die Sterne
Die bekanntesten Beispiele für Kernfusion in der Natur finden sich in Sternen, einschließlich unserer Sonne. Kernfusion ist der Prozess, der Sterne antreibt und dabei enorme Energiemengen in Form von Licht und Wärme freisetzt.
Der Fusionsprozess in Sternen umfasst hauptsächlich die Fusion von Wasserstoff zu Helium durch eine Reihe von Kernreaktionen.
Im Kern der Sonne und anderer ähnlicher Sterne laufen Fusionsreaktionen hauptsächlich wie folgt ab:
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Proton-Proton-Fusion: Bei dieser Reaktion verbinden sich zwei Wasserstoffkerne (Protonen) zu einem Deuteriumkern und setzen dabei ein Positron (Antiteilchen des Elektrons) und ein Neutrino frei. Das Deuterium verschmilzt dann mit einem anderen Proton zu einem Helium-3-Kern und setzt dabei ein Gammaphoton frei.
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Deuterium-Wasserstoff-Fusion: Bei dieser Reaktion verschmilzt ein Deuteriumkern mit einem Wasserstoffkern zu einem Helium-3-Kern und setzt dabei ein Gammaphoton frei.
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Helium-3-Helium-3-Fusion: Zwei Helium-3-Kerne verbinden sich zu einem Helium-4-Kern und zwei Protonen. Diese Reaktion ist einer der Wege zur Produktion von Helium-4 im Inneren von Sternen.
Bei diesen Fusionsprozessen wird eine große Energiemenge in Form von elektromagnetischer Strahlung (Gammaphotonen) und Partikeln freigesetzt, die den Sternkern erhitzen und den Stern in einem Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft, die dazu neigt, ihn zu kollabieren, und dem durch die Fusion erzeugten Druck, der ihn aufrechterhält, halten stabil.
Kernfusionsforschungsreaktoren
Auf der Erde ist eine groß angelegte kontrollierte Kernfusion zur Stromerzeugung noch nicht gelungen. Allerdings werden in Fusionsreaktoren Forschungen und Experimente durchgeführt, um Technologien zu entwickeln, mit denen die Kernfusion in Zukunft als saubere und nachhaltige Energiequelle genutzt werden kann.
Zu den Großprojekten in diesem Zusammenhang gehören ITER, der JET (Joint European Torus) und andere Forschungsreaktoren.
Derzeit gibt es keinen Kernreaktor, der Fusionsreaktionen zur Stromerzeugung nutzt. Alle Kernkraftwerke der Welt sind mit Spaltreaktoren ausgestattet.
Die H-Bombe oder thermonukleare Bombe
Die Wasserstoffbombe, auch H-Bombe oder Fusionsbombe genannt, ist ein gutes Beispiel für die Kernfusion. Die Wasserstoffbombe ist eine der stärksten Atomwaffen, die es gibt, und funktioniert durch den Prozess der Kernfusion.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Atombomben, die durch Kernspaltung (das Aufspalten schwerer Atomkerne) angetrieben werden, setzt die Wasserstoffbombe Kernfusion ein, um ihre zerstörerische Energie freizusetzen. Im Inneren einer Wasserstoffbombe beginnt eine Spaltkettenreaktion, die die Energie und die extremen Bedingungen liefert, die für die Einleitung der Fusion erforderlich sind.
Der Hauptprozess, der in einer Wasserstoffbombe abläuft, ist die Verschmelzung von Wasserstoffkernen (Deuterium- und Tritiumisotope) zu Helium und die Freisetzung enormer Energiemengen in Form von Strahlung und Stoßwellen. Diese massive Energiefreisetzung führt zur charakteristischen zerstörerischen Explosion der Wasserstoffbombe.
Bis heute wurde die Wasserstoffbombe noch nie auf ein militärisches oder ziviles Ziel abgeworfen. Die einzigen beiden abgeworfenen Atombomben waren diejenigen auf Hiroshima und Nagasaki, die im Rahmen des Manhattan-Projekts unter der Leitung des Physikers Robert Oppenheimer entworfen wurden.
