Thermonukleare Reaktion

Thermonukleare Reaktion bezeichnet eine Kernfusion, also Verschmelzung von leichteren zu schwereren Atomkernen, wenn sie mit großen Stoffmengen und nicht nur als einzelne Kernreaktion abläuft. Thermonukleare Reaktionen sind die Hauptenergiequelle von Sternen und wichtig als Mechanismus der Nukleosynthese.

Fusionsreaktionen sind, vom leichtesten Element Wasserstoff ausgehend, nur bis zur Bildung von Eisen exotherm (d. h. energieliefernd). Daher können durch diesen Prozess nur Elemente bis zum Eisen entstehen, hauptsächlich Helium, Kohlenstoff, Sauerstoff, Neon, Silizium und Eisen. Schwerere Elemente können sich dann aus diesen durch Neutroneneinfang bilden, entweder durch den s-Prozess (vor allem in Roten Riesen) oder den r-Prozess (hauptsächlich in einer Supernova).

Damit eine Kernreaktion stattfinden kann, müssen zwei Atomkerne so nahe zusammenkommen, dass die kurzreichweitige starke Wechselwirkung die schwächere, aber langreichweitige elektromagnetische Wechselwirkung übertrifft, denn die elektromagnetische Wechselwirkung bewirkt eine Abstoßung der beiden jeweils elektrisch positiv geladenen Kerne. Bei einer thermonuklearen Reaktion stoßen die miteinander reagierenden Kerne aufgrund ihrer thermischen Bewegung zusammen. Daher erfolgt eine solche Reaktion im Großen, d. h. mit Erzeugung wägbarer Mengen der Produkte, nur bei sehr hohen Temperaturen und Drücken. Aufgrund des Tunneleffekts können auch Kerne, die sich nicht nahe genug kommen, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit fusionieren. Diese Tunnelwahrscheinlichkeit steigt exponentiell mit der Temperatur.

Auf der Erde können thermonukleare Reaktionen unkontrolliert bei Wasserstoffbomben-Explosionen und kontrolliert in Kernfusionsreaktoren stattfinden.

Literatur

• Arnold Hanslmeier: Einführung in die Astronomie und Astrophysik, Spektrum Akademischer Verlag, 2. Auflage 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3, S. 331ff
• Albrecht Unsöld, Bodo Baschek:Der neue Kosmos. Einführung in die Astronomie und Astrophysik, 7.Auflage, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg 2005