Fusion

Die Strahlungsleistung der Sonne beträgt unvorstellbare `10^{26}` Watt! Der Energiebedarf in Österreich liegt bei etwa `10^{17}` J pro Jahr. Die Sonne strahlt pro Sekunde so viel Energie ab, dass man Österreich damit einige Jahrzehnte lang versorgen könnte (rechne nach)!

Diese gigantische Strahlungsleistung kommt durch Kernfusion, also durch Kernverschmelzung zu Stande: aus leichten Elementen werden schwere (F6). Diese Prozesse sind sehr kompliziert, und wir sehen uns exemplarisch an, was passiert, wenn man ein einzelnes Proton mit einem Kern fusioniert (Abb. unten).



Oben: Unsere Sonne;


unten: Potenzialschwelle und Tunneleffekt bei der Fusion eines Protons mit einem Atomkern.

Weil Proton und Kern positiv geladen sind, wächst mit der Annäherung die elektrische Abstoßung. Dadurch entsteht eine Potenzialschwelle (Abb. unten). Erst wenn sich das Proton auf etwa `10^{-15}` m genähert hat, überwiegt die starke Wechselwirkungskraft (man nennt sie auch starke Grundkraft; siehe Tab.). Das Proton fällt in den Potenzialtopf und die Fusion ist perfekt.

Damit die Protonen durch die thermische Bewegung dermaßen nahe an die Kerne kommen, wären Temperaturen von etwa 1 Milliarde Grad notwendig. Im Sonneninneren hat es aber „nur“ 15 Millionen Grad! Klassisch gesehen dürfte es in der Sonne keine Fusion geben. Nur der Tunneleffekt ermöglicht es, dass in der Sonne Fusion ablaufen kann und somit die Erde mit Energie versorgt wird. Ohne Tunneleffekt könntest du nicht leben!