Kernfusionsreaktionen

Die Kernreaktionen, die die Sonne „aufheizen“, können in kleinem Maßstab in einem Zyklotron oder in einer ähnlichen Anlage nachgeahmt werden. Dabei werden die Kerne leichter Atome in einem elektrischen Feld auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Ihre Energie mißt man in Einheiten von einer Million Elektronenvolt (MeV). Das ist die Energie, die ein Elektron oder Proton — jedes Teilchen mit nur einer Ladung — aufnimmt, wenn es durch ein elektrisches Feld von einer Million Volt bewegt wird. Man richtet einen Strahl solcher Partikeln auf ein Zielobjekt, um eine Reaktion zwischen den Atomkernen im Strahl und denen im Zielobjekt hervorzurufen.

Die nebenstehende Tabelle zeigt einige der Kernfusionsreaktionen, die von Kernphysikern im Labor erforscht worden sind. Bei jeder dieser Reaktionen befindet sich jeweils eines der Teilchen, die vor dem Pfeil eingetragen sind, im Zielobjekt, während das andere Teilchen mit hoher Geschwindigkeit darauf auftrifft. Bei der ersten Reaktion trifft der Kern eines Wasserstoffatoms auf den eines anderen, verschmilzt damit und setzt ein positives Elektron frei. Dabei geht Masse verloren, die sich gemäß Einsteins berühmter Gleichung E = mc² in Energie verwandelt. Folglich fliegen die Teilchen mit einer Energie auseinander, die größer ist als die der Teilchen vor der Verschmelzung. Die bei dieser Reaktion frei werdende Energie beträgt 2 000 000 Elektronenvolt.

Im Gegensatz dazu entsteht bei der Verbrennung von Kohle durch die Oxidation eines Kohlenstoffatoms eine Energie von 4 Elektronenvolt. Bei Kernreaktionen haben wir es mit Energiebeträgen zu tun, die millionenmal größer sind als bei chemischen Reaktionen.

Die ersten drei Reaktionen in der Tabelle betrachtet man als die grundlegenden Reaktionen, die in der Sonne ablaufen. Einige der anderen Reaktionen lassen sich im Labor leichter nachvollziehen. Du wirst feststellen, daß bei den Reaktionen Nr. 3, 5 und 6, bei denen Helium 4 entsteht, die erhaltene Energie viel größer ist. Das ist auf die engen Verbindungen zwischen zwei Protonen und zwei Neutronen zurückzuführen. Helium (He 4) ist ein sehr stabiles Element.

[Diagramm auf Seite 20]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

H¹ PROTON

n¹ NEUTRON BAUSTEINE DES ATOMKERNS

H¹ WASSERSTOFF

H² DEUTERIUM ISOTOPE DES WASSERSTOFFS

H³ TRITIUM

He³

He⁴ ISOTOPE DES HELIUMS

ENERGIEN, DIE BEI KERNFUSIONSREAKTIONEN FREI WERDEN

In der Sonne:

1. H¹ + H¹ H² + e⁺ 2,0 MeV

2. H¹ + H² He³ 5,5 MeV

3. He³ + He³ He⁴ + H¹ + H¹ 12,9 MeV

Andere Reaktionen:

4. H² + H² He³ + n¹ 3,2 MeV

H³ + H¹ 4,0 MeV

5. H² + H³ He⁴ + n¹ 17,6 MeV

6. H² + He³ He⁴ + H¹ 18,3 MeV