Bei der Kernfusion handelt es sich um einen Prozess, bei dem sich zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren Kern verbinden und dabei Energie freisetzen. Dies ist derselbe Prozess, der die Sonne und andere Sterne mit Energie versorgt und eine enorme Energiequelle darstellt. Im Gegensatz zur Kernspaltung, bei der schwere Atome gespalten werden, um Energie freizusetzen, werden diese Atome bei der Fusion miteinander verbunden. Die Fusion hat das Potenzial, eine nahezu unbegrenzte Quelle sauberer Energie zu liefern, wenn sie hier auf der Erde kontrolliert und aufrechterhalten werden kann.
Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei der Kernfusion um die Verschmelzung der Kerne zweier leichter Atome, wie Wasserstoff, zu einem einzigen schwereren Atom, wie Helium. Die Masse des entstehenden Atoms und der übrig gebliebenen Materialien ist geringer als die Masse der ursprünglichen Atome. Gemäß Einsteins Gleichung \(E = mc^2\) wird dieser Massenverlust in eine große Energiemenge umgewandelt, wobei \(E\) die erzeugte Energie, \(m\) die verlorene Masse und \(c\) die Lichtgeschwindigkeit ist.
Dieser Prozess erfordert extrem hohe Temperaturen und Drücke, um die elektrostatischen Abstoßungskräfte zwischen den positiv geladenen Kernen zu überwinden. Im Kern der Sonne, wo die Fusion auf natürliche Weise stattfindet, liegen die Temperaturen bei über 15 Millionen Grad Celsius und der Druck ist enorm. Dies schafft die richtigen Bedingungen, damit sich die Kerne nahe genug kommen, um zu fusionieren.
Es gibt verschiedene Arten von Fusionsreaktionen, die jeweils mit unterschiedlichen Reaktanten und Produkten auftreten können. Die bekanntesten und am besten erforschten Reaktionen beinhalten Wasserstoffisotope: Deuterium ( \(D\) ) und Tritium ( \(T\) ):
Im Zusammenhang mit der Kernfusion spielt Radioaktivität eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Reaktionen mit Tritium. Tritium ist ein radioaktives Isotop von Wasserstoff mit einer Halbwertszeit von etwa 12,3 Jahren, was bedeutet, dass es im Laufe der Zeit zerfällt, Betateilchen (Elektronen) freisetzt und sich in stabiles Helium-3 verwandelt. Die DT-Fusionsreaktion ist von besonderem Interesse, da sie effizient eine große Menge an Energie erzeugt und die freigesetzten Neutronen verwendet werden können, um durch einen Prozess, der als Neutronenaktivierung bekannt ist, mehr Tritium aus Lithium zu erzeugen:
\( \textrm{Lithium-6} + \textrm{Neutron} \rightarrow \textrm{Tritium} + \textrm{Helium-4} \)Die kontrollierte Kernfusion auf der Erde zu erreichen, ist aufgrund der extremen Bedingungen, die für den Prozess erforderlich sind, eine Herausforderung. Es werden zwei Hauptansätze verfolgt:
Die Kernfusion verspricht eine nahezu unbegrenzte, saubere Energiequelle. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen entstehen bei der Fusion weder Treibhausgase noch langlebige radioaktive Abfälle. Der Brennstoff für die Fusion, Deuterium, kann aus Meerwasser gewonnen werden und ist damit praktisch unbegrenzt verfügbar. Tritium kann aus Lithium gewonnen werden, das relativ häufig vorkommt. Sobald die technischen und wissenschaftlichen Herausforderungen überwunden sind, könnte die Fusion die globale Energieproduktion erheblich beeinflussen und zu einer nachhaltigen und kohlenstoffneutralen Zukunft beitragen.
Die Kernfusion stellt einen Höhepunkt menschlicher Errungenschaften bei der Suche nach nachhaltigen Energielösungen dar. Während die Sonne in ihrem Kern mühelos Fusionsprozesse durchführt, bleibt die Nachbildung dieses Prozesses auf der Erde unter kontrollierten Bedingungen eine der größten wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen unserer Zeit. Die erfolgreiche Entwicklung der Fusionsenergie wäre ein bedeutender Meilenstein auf unserer Suche nach einer sauberen, sicheren und unerschöpflichen Energiequelle und würde die Art und Weise, wie wir unsere Welt mit Energie versorgen, revolutionieren.
