Chemie für Nicht-Majors

Wie entstehen Elemente?

In der Sonne finden eine Reihe von Reaktionen statt, die auf der Erde nicht nachgeahmt werden können. Einige dieser Reaktionen beinhalten die Bildung von großen Elementen aus kleineren. Bisher konnten wir hier auf der Erde nur die Bildung von sehr kleinen Elementen beobachten. Die beobachtete Reaktionsfolge scheint die folgende zu sein: Wasserstoff-1-Atome stoßen zusammen und bilden die größeren Wasserstoffisotope Wasserstoff-2 (Deuterium) und Wasserstoff-3 (Tritium). Dabei werden Positronen und Gammastrahlen erzeugt. Die Positronen kollidieren mit allen verfügbaren Elektronen und annihilieren, wobei weitere Gammastrahlen entstehen. Dabei werden enorme Mengen an Energie erzeugt, um uns warm zu halten und die Reaktionen weiter zu versorgen.

Kernfusion

Im Gegensatz zur Kernspaltung, bei der aus größeren Isotopen kleinere gebildet werden, besteht das Ziel der Kernfusion darin, durch den Zusammenstoß kleinerer Atome größere Stoffe zu erzeugen. Das Zusammenpressen der kleineren Atome führt zu einer dichteren Packung und zur Freisetzung von Energie. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, wird bei der Bildung des größeren Atoms Helium (He) durch die Verschmelzung von Wasserstoff-2 und Wasserstoff-3 sowie durch den Ausstoß eines Neutrons Energie freigesetzt.

Diese Freisetzung von Energie ist der Grund für die heutige Forschung an Fusionsreaktoren. Wenn eine solche Reaktion auf der Erde effizient durchgeführt werden könnte, könnte sie eine saubere Quelle für Kernenergie darstellen. Anders als bei der Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion keine radioaktiven Produkte, die eine Gefahr für lebende Systeme darstellen.

Kernfusionsreaktionen im Labor waren bisher außerordentlich schwierig zu realisieren. Es sind extrem hohe Temperaturen (Millionen von Grad) erforderlich. Es müssen Methoden entwickelt werden, um die Atome zusammenzudrängen und sie lange genug zusammenzuhalten, damit sie reagieren können. Die bei den Fusionsreaktionen freigesetzten Neutronen können mit den Atomen im Reaktor wechselwirken und sie in radioaktive Stoffe umwandeln. Auf dem Gebiet der Kernfusionsreaktionen sind einige Erfolge zu verzeichnen, aber der Weg zur realisierbaren Fusionsenergie ist noch lang und ungewiss.

Zusammenfassung

• Der Prozess der Kernfusion wird beschrieben.
• Beispiele für Kernfusionsreaktionen werden angeführt.

Praxis

Lesen Sie das Material am Ende des Textes und beantworten Sie die folgenden Fragen:

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor.htm

1. Welche Temperaturen sind notwendig, damit eine Fusion stattfindet?
2. Warum wird ein hoher Druck benötigt?
3. Was macht ein magnetischer Einschlussreaktor?
4. Wie funktioniert ein Trägheitseinschluss?

Rückblick

1. Was ist Kernfusion?
2. Warum ist die Kernfusion heute von Interesse?
3. Was ist ein Problem bei der Untersuchung der Kernfusion im Labor?

Glossar