Kernfusion: Die Sonnenmaschinen

Es ist ein Projekt von titanischer Dimension: Die südfranzösische Baustelle ist 180 Hektar groß, Tausende arbeiten am Reaktorgebäude, das 60 Meter in die Luft ragen wird. In seinem Inneren befindet sich der Torus, das Herzstück des Reaktors namens ITER („International Thermo­nu­cle­ar Experimental Reactor“): Der riesige Metalldonut wird ein Gewicht von stolzen 23.000 Tonnen auf die Waage bringen – so viel wie drei Eiffeltürme. ITER soll erkunden, ob sich Kernfusion wirtschaftlich nutzen lässt. Damit könnte die Menschheit die Energiequelle der Sterne anzapfen. Doch was genau ist Kernfusion?

Bricht man schwere Atomkerne auseinander, sind die Bruchstücke insgesamt leichter als der Mutterkern. Die fehlende Masse hat sich nach Einsteins berühmter Formel E=mc² in Energie umgewandelt, die etwa in Kernkraftwerken genutzt werden kann. Umgekehrt wird Energie frei, wenn leichte Kerne zu schwereren verschmelzen. Sterne etwa leuchten, weil sie in ihrem Innersten Wasserstoff zu Helium verschmelzen. Kernfusion funktioniert also bei leichten Elementen bis zum Eisen mit Massenzahl 56, Kernspaltung nur bei sehr schweren Kernen wie Uran oder Plutonium. Das ist ein Vorteil für die Kernfusion, da leichtere Elemente wie Wasserstoff viel häufiger auf der Erde vorkommen als zum Beispiel Uran.

Seltsamer Tunneleffekt

Atomkerne sind jedoch positiv geladen und stoßen sich ab: Sie verschmelzen also nicht freiwillig. In der Sonne kommt es dennoch zur Fusion, da in ihrem Kern gewaltige Drücke und Temperaturen herrschen, wodurch die Wasserstoffkerne nah genug aneinandergedrückt werden, um die Kernfusion auszulösen. Tatsächlich muss aber zur Erklärung der Fusion auf die Quantenmechanik zurückgegriffen werden: Kommen sich zwei Kerne durch Druck und Hitze ausreichend nahe, springt ein Kern durch die gegenseitige Abstoßung und „tunnelt“ in den anderen Kern. Ohne diesen seltsamen „Tunneleffekt“ würde selbst das Zentrum der Sonne zu kalt sein, um Kernfusionen zu ermöglichen.