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Frage gestellt hunt6asp am 9 Nov 2021.
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Tim Huege Beantwortet am 9 Nov 2021:
Hallo,
in der Sonne findet „Kernfusion“ statt. Dabei verschmelzen leichte Atomkerne zu schwereren, vor allem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen. Die entstehenden schwereren Atomkerne sind allerdings etwas leichter als die Summe ihrer Einzelteile! Die fehlende Masse wird als Energie freigesetzt – nach Einsteins „E=mc^2“ ist ja Masse das gleiche wie Energie.
Dieser Prozess findet im Zentrum der Sonne statt. Bis die Energie an die Oberfläche der Sonne gelangt ist und diese als sichtbares Licht verlässt, vergehen mehrere Zehntausend Jahre. (Bis zur Erde braucht das Licht dann 8 Minuten.) Wenn die Kernfusion im Inneren der Sonne stoppen würde, würden sie also noch Tausende Jahre weiterleuchten! Allerdings sendet die Sonne auch sogenannte „Neutrinos“ aus, und da würden wir quasi sofort sehen, wenn die Kernfusion in der Sonne stoppen würde. Wir wissen also, mit der Sonne ist alles in Ordnung. 😉
Auf der Erde wurde Kernfusion bisher nur in Wasserstoffbomben ausgelöst – die schlimmsten Massenvernichtungswaffen, die die Menschheit entwickelt hat. Es gibt aber auch die Hoffnung, sie zur Energieerzeugung in Kraftwerken zu nutzen. Wenn das funktionieren würde, könnte das die Energieprobleme der Menschheit vermutlich lösen. Aber ob und wann das funktionieren wird ist leider völlig unklar … für die Lösung des Klimawandels ist das wohl leider eher keine vielversprechende Option.
Viele Grüße,
Tim
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Maria Haupt Beantwortet am 9 Nov 2021: last edited 9 Nov 2021 4:25 pm
Tim hat die Frage ganz gut beantwortet, aber ich versuche mal, das in einfachere Worte zu fassen 🙂
Was wir als „scheinen“ bezeichnen, meint, dass die Sonne Licht aussendet. Licht besteht aus Lichtteilchen, sogenannten Photonen. Man kann Licht auch als Welle beschreiben. Das nennt man Welle-Teilchen-Dualismus. Für die Antwort hier ist aber das Teilchenmodell geeigneter.
Diese Lichtteilchen werden also in der Sonne erzeugt und kommen dann aus ihr heraus.
Die Produktion der Lichtteilchen funktioniert nur unter extremen Bedingungen. Man braucht viel Druck und hohe Temperaturen. Sterne erfüllen genau diese Bedingungen. Sterne bestehen aus extrem vielen Teilchen, den Atomkernen. Zu Beginn bestehen die meisten Sterne aus den leichtesten Atomkernen – Wasserstoff und Helium und ein paar wenigen schwereren Atomkernen. Diese „verbrennen“ sie dann zu schwereren Atomkernen. Der Prozess heißt Kernfusion. Das heißt, zwei Atomkerne verschmelzen zu einem größeren Atomkern. Dabei wird Energie frei, weil die beiden verschmolzenen Atomkerne zusammen weniger Energie brauchen als der eine größere allein. Diese Energie wird in Form von Lichtteilchen freigesetzt. Diese Lichtteilchen wandern dann, wie Tim schon geschrieben hat, erst einmal viele Tausend Jahre innerhalb des Sterns hin und her. Man muss sich vorstellen, dass in den Sternen unglaublich viel los ist und die Lichtteilchen nicht einfach gerade hindurch kommen. Stell dir vor, du bist mit vielen anderen Leuten bei einer Veranstaltung und du bist mittendrin. Um herauszukommen, musst du dich an vielen anderen Leuten vorbei drängeln, die dich hin und her schubsen. Irgendwann hast du es geschafft. Genauso geht es dem Lichtteilchen. Wenn es am „Rand“ der Sonne angekommen ist, dann kann es geradeaus zu uns zur Erde wandern. Wenn so ein Lichtteilchen auf unsere Augen trifft, dann nimmt unser Auge das wahr und wandelt es in ein Signal um, das unser Gehirn wiederum verarbeitet und ein Bild erzeugt.Der Prozess der Kernfusion funktioniert übrigens nicht ewig. Wenn alle leichteren Atomkerne zu Eisenatomen verbrannt sind, dann ist erstmal Schluss. Dann kommt es ein bisschen auf die Masse von dem Stern an. Ist er leichter, so wie unsere Sonne, dann ist einfach Schluss, der Stern hört quasi irgendwann auf zu leuchten. Wenn der Stern aber schwerer als 8 mal unsere Sonne ist, dann kann er als Supernova explodieren und bei dieser Explosion werden in ganz kurzer Zeit ganz viele schwerere Atomkerne erzeugt und damit auch ganz viel Energie freigesetzt. Deshalb ist eine Supernova Explosion auch so hell und wir können sie sehen, auch wenn sie in weit entfernten Galaxien explodiert.
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Tobias Triffterer Beantwortet am 9 Nov 2021:
Tim und Maria haben es schon schön erklärt, bei einer Sache muss ich Tim aber widersprechen:
Wir haben auf der Erde durchaus schon Kernfusion zu friedlichen Zwecken, außerhalb von Wasserstoffbomben, erreicht – und zwar erstmals am 09. November 1991, also genau heute vor 30 Jahren.
Passiert ist das am „Joint European Torus“, kurz „JET“, einer gemeinsamen Forschungseinrichtung mehrerer europäischer Länder in Culham, England.
Auch wenn es im JET echte, kontrollierte Kernfusion gegeben hat, so ist es doch noch ein weiter Weg bis zu einem Fusionskraftwerk. Bei JET und vergleichbaren Anlagen in anderen Ländern muss bisher mehr Energie hineingepumpt werden, als man durch die Kernfusion erhält. JET ist daher auch kein Kraftwerk, sondern eine Forschungseinrichtung um die Kontrolle des viele Millionen Grad heißen Plasmas zu erforschen. Das langfristige Ziel ist es, basierend auf dieser Forschung irgendwann in der Zukunft ein produktives Fusionskraftwerk bauen zu können.
Bis dahin wird es aber noch Jahrzehnte dauern. Aktuell entsteht in Cadarache, Frankreich, mit ITER quasi der Nachfolger des JET. Bei ITER soll man bereits mehr Energie durch die Fusion gewinnen, als man zum Zünden der Fusion investiert hat. Aber auch ITER ist nur als Forschungseinrichtung geplant, nicht als produktives Kraftwerk.
Kommentare
Tim commented on :
Hallo Tobias, danke für die Korrektur. Das stimmt!