Wie funktioniert Fusion?

Kernfusion: Die Sonne im Reagenzglas – Ein Blick hinter die Kulissen

Kernfusion, der Prozess, der Sterne zum Leuchten bringt, fasziniert die Menschheit seit Jahrzehnten. Die Aussicht auf eine nahezu unerschöpfliche, saubere Energiequelle, die auf dem gleichen Prinzip basiert wie die Sonnenenergie, ist verlockend. Aber wie funktioniert dieser faszinierende Prozess im Detail?

Im Kern der Fusion geht es um die Vereinigung leichter Atomkerne, meist Wasserstoffisotope wie Deuterium (ein Proton und ein Neutron) und Tritium (ein Proton und zwei Neutronen). Diese Kerne sind positiv geladen und stoßen sich daher aufgrund der elektrostatischen Abstoßung gegenseitig ab. Um die Fusion zu ermöglichen, müssen sie mit enormer Energie aufeinander geschleudert werden, um diese Abstoßungskräfte zu überwinden. Dies geschieht bei extrem hohen Temperaturen und Drücken, die Bedingungen schaffen, die denen im Inneren der Sonne ähneln.

Sobald die Kerne die Coulomb-Barriere überwunden haben – den Punkt, an dem die elektrostatische Abstoßung nicht mehr stark genug ist, um die Annäherung zu verhindern – tritt die starke Kernkraft in Aktion. Diese fundamentale Kraft, die viel stärker als die elektrostatische Abstoßung ist, aber nur auf sehr kurzen Distanzen wirkt, bindet die Kerne miteinander. Aus der Fusion von Deuterium und Tritium entsteht zum Beispiel Helium und ein freies Neutron.

Hier kommt der entscheidende Punkt: Die Masse des entstandenen Heliumkerns und des Neutrons ist geringer als die Summe der Massen der ursprünglichen Deuterium- und Tritiumkerne. Dieser scheinbar verschwundene Teil der Masse wird gemäß Einsteins berühmter Gleichung E=mc² in Energie umgewandelt. Diese Energie wird in Form von kinetischer Energie der Reaktionsprodukte (Heliumkern und Neutron) und als Gammastrahlung freigesetzt. Die gewaltige Energiefreisetzung ist der Schlüssel zum Potenzial der Kernfusion als Energiequelle.

Die Umsetzung dieser Prinzipien in der Praxis ist jedoch eine enorme technologische Herausforderung. Es gibt verschiedene Ansätze zur Erzeugung der notwendigen Bedingungen für die Kernfusion:

• Magnetische Einschlusskonzepte (Tokamak): Hier werden heiße, ionisierte Gase (Plasma) mithilfe starker Magnetfelder in einem toroidalen Behälter eingeschlossen und auf die benötigten Temperaturen und Drücke erhitzt. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) ist das derzeit größte Projekt dieser Art.

• Inert-Einschluss-Konzepte (ICF): Hier werden kleine Brennstoffkapseln mit hochintensiven Laserstrahlen oder Ionenstrahlen komprimiert und zum Verschmelzen gebracht.

Beide Ansätze sind mit enormen technischen Schwierigkeiten verbunden, die die Entwicklung von leistungsfähigen und wirtschaftlichen Fusionskraftwerken erheblich verzögern. Dennoch ist die Forschung vielversprechend, und die ersten positiven Ergebnisse lassen auf eine zukünftige, nachhaltige Energieversorgung basierend auf Kernfusion hoffen – eine Sonne im Reagenzglas, die uns saubere Energie liefern könnte. Die kommenden Jahrzehnte werden zeigen, ob dieses vielversprechende Potenzial tatsächlich realisiert werden kann.