Wir wissen, dass Energie nicht nur durch Spaltung schwerer Atome sondern auch durch Verschmelzung leichter Atomkerne gewonnen werden kann. Diesen Prozess nennt man Kernverschmelzung oder Kernfusion.
Dass solche Prozesse wirklich möglich sind und zu erheblichen Energiegewinnen führen können, sehen wir daran, dass die Sonne und alle übrigen Fixsterne die von ihnen ausgestrahlter Energie durch Fusionsprozesse freimachen. Wir wollen uns deshalb zunächst klarmachen, unter welchen Bedingungen Kernfusion zustande kommt und um welche Prozesse es sich dabei handelt.
Die Temperatur im Sonnenmittelpunkt dürfte etwa 
betragen. Bei dieser Temperatur sind alle Atome vollionisiert, d.h., wir haben es mit einem vollionisierten Plasma zu tun. Da bei allen Versuchen zur Kernverschmelzung Plasmen vorkommen, merken wir uns:
Unter einem Plasma versteht man ein außen im wesentlichen elektrisch neutrales Gemisch aus Atomen, Ionen und Elektronen, in dem der Anteil der Ladungsträger gegenüber den neutralen Teilchen so groß ist, dass die Ladungsträger des physikalische Verhalten des ganzen Gemisches bestimmen.
In einem vollionisierten Plasma sind überhaupt keine neutralen Teilchen mehr vorhanden, sondern nur noch die von ihrer Hülle vollständig befreiten Atomkerne und die entsprechenden Elektronen.
Bei der oben angegebenen Temperatur von 
ist die kinetische Energie der Atomkerne so groß, dass sie die Coulomb-Abstoßkräfte überwinden können und deshalb beim Zusammentreffen miteinander verschmelzen. Wir wissen heute, dass es sich dabei im wesentlich um zwei Vorgänge handelt, die in der Sonne nebeneinander ablaufen:
1. Der Protonen-Protonen-Prozess oder der p-p-Zyklus:
Dieser Vorgang verläuft in vier Stufen, die durch folgende Formeln dargestellt werden können:
Am Ende eines solchen Zyklussees sind 4 Protonen weniger vorhanden, und statt dessen sind 1 Heliumkern, 2 Positionen und 2 Neutrinos neu entstanden.
Der Protonen-Protonen-Prozess überwiegt auf den Fixsternen, die eine niedrigere Temperatur als die Sonne haben; er vollzieht sich in geringen Maße aber auch innerhalb der Sonne.
2. Der Kohlenstoff-Stickstoff-Prozess oder C-N-Zyklus:
Dieser im Inneren der Fixsterne ablaufende Prozess wurde im Jahre 1938 aufgrund theoretischer Betrachtungen von den Physikern H. A. Bethe (geb. 1906) und C. Fr. v. Weizsäcker (geb. 1912) gleichzeitig entdeckt. Er wird deshalb auch als Bethe -Weizäcker - Zyklus bezeichnet. Die einzelnen Etappen lassen sich durch die folgenden Formeln darstellen:
Der ursprünglich in den Zyklus eingegangene Kern tritt am Ende wieder auf. Auch nach dem Ablauf dieses Zyklus hat die Zahl der Protonen um 4 abgenommen, und statt dessen sind 1 Heliumkern, 2 Positronen und 2 Neutrinos neu entstanden.
Der Kohlenstoff-Stickstoff-Zyklus spielt sich auf der Sonne und besonders aus Fixsternen ab, die eine höhere Temperatur als die Sonne haben.
Wenn man bei den genannten Prozessen die Zwischenstufen unbeachtet lässt und seine Aufmerksamkeit nur auf die Endergebnisse richtet, so stellt man fest, dass in beiden Fällen Wasserstoffkerne verbraucht und Heliumkerne neu gebildet werden. Die übrigen in den obigen Gleichungen auftretenden Stoffe stellen nur Zwischenprodukte dar, die im Laufe des Prozesses entstehen, im Endergebnis aber nicht in Erscheinung treten. Wenn wir uns deshalb nur für den Anfangs- und den Endzustand interessieren, so lassen sich beide Vorgänge durch dieselbe Formel wiedergeben, bei der wir auch noch den Betrag der frei werdenden Energie anfügen:
Diese Formel besagt:
Die Sonne und alle anderen Fixsterne gewinnen die von ihnen ausgestrahlte Energie durch die Verschmelzung von jeweils 4 Wasserstoffatomen zu einem Heliumkern. Bei dieser Kehrfusion wird die Energie
Je Kilomol entstehendes Helium frei.
Zum vergeleich:
Bei der Entstehung von 1 KG Helium durch Fussion von Wasserstoff wird ei Energie von rund 200 Millionen kWh frei.
Bei der vollständigen Spaltung von 1 Kg Uran 235 wird eine Energie von ca. 20 Millionen kWh frei.
Bei der Verbrennung von 1 Kg Steinkohle wird die Energie von ca. 10 kWh frei.
Also ist die freiwerdende Energie bei der Kernfusion rund 20 millionenmal so groß wie bei der Verbrennung ven geleichen masse Steinkohle und rund 2 millionenmal so groß wie bei der Spaltung der gleichen Masse Uran 235.
Bei dieser großen Ergiebigkeit der Fussionsprozsse ist es nicht verwunderlich, dass Physik und Technik daran interessiert sind, solche Vorgänge auch auf der Erde zu realisieren und damit eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle zu erschließen. Die der Gewinndung von Fusionsenergie dienenden Einrichtungen werden als Kernfusionsreaktoren bezeichnet.
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