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Wie wird aus Wasserstoff Helium?

Gefragt von: Jana Böhm  |  Letzte Aktualisierung: 23. September 2022
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Zwei Wasserstoffkerne verschmelzen zu Deuterium. Dabei wird Energie freigesetzt und es werden Positronen abgestrahlt. Anschließend erfolgt die Verschmelzung zu einem Helium-3-Kern, wobei wieder Energie frei wird.

Kann Wasserstoff zu Helium werden?

Pro Sekunde fusionieren in ihrem Inneren rund 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium. Das geht schon seit rund 4,6 Milliarden Jahren so. Dieser Massenunterschied von 4 Millionen Tonnen pro Sekunde sorgt dafür, dass unsere Sonne scheint, denn er wird als Energie freigesetzt.

Wie entsteht Helium in der Sonne?

In der Sonne verschmelzen insgesamt vier Protonen, also vier Wasserstoffkerne, zu Heliumkernen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, dem sogenannten Helium-4. Dieser Prozess läuft in der Sonne hauptsächlich über die sogenannte Proton-Proton-Kette in mehreren Zwischenschritten ab.

Wie funktioniert die Kernfusion?

Der riesige Plasmaball besteht überwiegend aus Wasserstoff. In seinem heißen Inneren brennt ein beständiges Fusionsfeuer. Hier verschmelzen die Wasserstoff-Atomkerne zu Helium. Die bei dieser Kernfusion erzeugten gewaltigen Energien erwärmen und beleuchten auch die Erde.

Wann fusioniert Wasserstoff?

Die Schwerkraft der Sonne, die fast 28-mal so stark wie die der Erde ist, zieht Wasserstoff aus der Atmosphäre und schließt diesen ein. Der Wasserstoff dient dann als Treibstoff für die Fusionsreaktion im Innern der Sonne. Im Sonnenkern herrschen Temperaturen von 15 Millionen Grad.

Spektrum von Helium

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Welchen Brennstoff benötigt ein Fusionsreaktor?

Ein DT-Fusionsreaktor muss neben der Gewinnung und technischen Nutzbarmachung der Energie auch, ähnlich einem Brutreaktor, den Brennstoff Tritium aus Lithium erbrüten, da Tritium als natürliche Ressource nicht vorhanden ist.

Hat Kernfusion Zukunft?

Der größte Kernfusions-Reaktor der Welt, ITER, wird derzeit in Frankreich auf Touren gebracht. Bis 2025 soll er fertig sein, und das erste Mal 2050 nutzbare Energie erzeugen. Unten erfährst du, wie er funktioniert und warum Wissenschaftler auf diese neue Methode setzen.

Wie verbrennt Wasserstoff zu Helium?

Zwei Wasserstoffkerne verschmelzen zu Deuterium. Dabei wird Energie freigesetzt und es werden Positronen abgestrahlt. Anschließend erfolgt die Verschmelzung zu einem Helium-3-Kern, wobei wieder Energie frei wird.

Welches Material hält 150 Millionen Grad aus?

Ein magnetischer Käfig. Fusionswissenschaftler haben Methoden entwickelt, mit denen Plasma auf Temperaturen von 150 Millionen Grad Celsius erhitzt werden kann. Es gibt jedoch kein Material, das solch unvorstellbar heißen Temperaturen standhält und somit als Plasmagefäß dienen könnte.

Warum gibt es noch keine Kernfusion?

Nachteile der Kernfusion

Der Grund dafür: Bei der Reaktion entstehen Neutronen in der Hülle des Reaktors, die diverse Reaktionen auslösen können. Bei diesen können radioaktive Atomkerne entstehen. Sie sollen allerdings wesentlich kürzere Halbwertszeiten haben als typische Produkte der Kernspaltung.

Kann Wasserstoff ohne Sauerstoff brennen?

Es können auch Stoffe ohne den Einfluss von Sauerstoff verbrennen, so beispielsweise Fluor mit Wasserstoff.

Wie kann Wasserstoffbrennen?

Wasserstoff lässt sich geregelt in Chlor verbrennen. Gemische mit Chlor explodieren bei Zündung, sie können sogar durch Lichteinwirkung gezündet werden. Bei der Reaktion entsteht gasförmiger Chlorwasserstoff, der beim Einleiten in Wasser Salzsäure bildet. Wasserstoff verbrennt in Chlor mit einer gelblichen Flamme.

Warum kann Wasserstoffbrennen?

Mit Wasserstoffbrennen wird die Kernfusion von Protonen (d. h. von Atomkernen des häufigsten Isotops 1H des Wasserstoffs) zu Helium im Inneren von Sternen (oder, im Fall einer Nova, auf der Oberfläche eines weißen Zwergs) bezeichnet, also mit anderen Worten die stellare Wasserstofffusion.

Wie wird Helium gewonnen?

Helium entsteht daraus, wenn das Alphateilchen anderen Atomen zwei Elektronen entreißt. Das so entstandene Helium sammelt sich in natürlichen Erdgas-Vorkommen in Konzentrationen bis zu sieben Volumenprozent. Daher kann Helium durch Fraktionierte Destillation aus Erdgas gewonnen werden.

Wie funktioniert die kalte Fusion?

Kalte Fusion bezeichnet Verfahren, die eine kontrollierte Kernfusion herbeiführen, ohne die hohen Temperaturen von plasmabasierten Fusionsreaktoren einzusetzen. Dabei besteht die Aussicht, durch die bei der Fusion freiwerdende Energie eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle zu erschließen.

Wie viel Wasserstoff fusioniert die Sonne?

Dort läuft das gigantische Kraftwerk, das die Sonne leuchten lässt und uns mit Licht und Wärme versorgt. Bei der Kernfusion verschmelzen pro Sekunde rund 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium.

Warum schmilzt ein Fusionsreaktor nicht?

Ein Schmelzen des Reaktors ist trotz dieser Hitze unmöglich, weil sich im Reaktor nur Milligrammmengen an Plasma befinden. Auch eine Kettenreaktion wie in einem Kernkraftwerk oder einer Atombombe ist unmöglich, weil die Reaktion sich nicht verselbstständigen kann.

Was ist so heiß wie die Sonne?

Die Sonne ist im Inneren ca. 16 Millionen Grad heiß. Bis zu 10 mal heißer als die Sonne sind andere Sterne, die größer sind und heller strahlen. 125 mal heißer als die Sonne ist das Plasma, das für Kernfusionen in Reaktoren erzeugt werden kann.

Wie heiß ist ein Plasma?

In der Natur können Plasmen bis zu 106eV erreichen (1eV ~ 11600K) [1], in industriellen Anwendungen liegen die Höchsttemperaturen bei 1eV [2].

Wie brennt die Sonne im Weltall ohne Sauerstoff?

Tatsächlich "brennt" die Sonne durch einen anderen Vorgang, der sich in ihrem Inneren abspielt. Da verschmelzen die Atomkerne beispielsweise von Wasserstoff – einem Gas, aus dem die Sonne besteht. So entsteht ein anderes Gas: Helium.

Kann es im All brennen?

Oben im All sollte es eigentlich keine Flammen geben – schließlich fehlt dort der Sauerstoff. Aber in der Internationalen Raumstation, der ISS, ist das anders. Sonst könnten die Astronauten ja dort nicht atmen. Sie können also auch ein Feuer machen, allerdings sieht das ganz anders aus als bei uns auf der Erde.

Ist Helium radioaktiv?

Helium-4. Helium-4 Vorkommen auf der Erde sind hauptächlich auf den α-Zerfall radioaktiver Elemente zurückzuführen. Bei einem Druck von 5036 Pa und einer Temperatur < 2,1768 K (Lambda-Punkt) geht Helium-4 in den so genannten suprafluiden Zustand über, der als Helium II bezeichnet wird.

Wie sauber ist Kernfusion?

Im Gegensatz zu den radioaktiven Abfällen aus der Kernspaltung hat Tritium eine kurze Halbwertszeit (12,3 Jahre), nach der es wieder für die Stromerzeugung verwendet werden kann. Die Kernfusion gilt außerdem als inhärent sicher, und es besteht keine Gefahr einer Kernschmelze.

Warum ist Kernfusion so schwierig?

Die starke elektrische Abstoßung zwischen Atomkernen macht die technische Herbeiführung der Kernfusion sehr schwierig.

Wie viele Haushalte kann ein Fusionsreaktor versorgen?

Wenn der Fusionsreaktor ITER erstmal fertig ist, wird er zwar nur 200.000 Haushalte beliefern können – aber es ist ja auch nur ein erster großer Schritt (kleine hat es bereits gegeben). Und zwar der erste große Schritt, die Sonne auf der Erde nachzubauen.