Der Prozess der Umwandlung von sehr leichten Kernen in schwerere Kerne geht auch mit der Umwandlung von Masse in große Energiemengen einher, ein Prozess, der als Fusion bezeichnet wird. Die Hauptenergiequelle der Sonne ist eine Netto-Fusionsreaktion, bei der vier Wasserstoffkerne miteinander verschmelzen und schließlich einen Heliumkern und zwei Positronen erzeugen.

Ein Heliumkern hat eine um 0,7 % geringere Masse als vier Wasserstoffkerne; diese verlorene Masse wird bei der Fusion in Energie umgewandelt. Diese Reaktion erzeugt je nach Fusionsweg etwa 1,7 × 10⁹ bis 2,6 × 10⁹ Kilojoule Energie pro Mol erzeugtem Helium-4. Dies ist etwas weniger als die Energie, die bei der Kernspaltung eines Mols U-235 (1,8 × 10¹⁰ kJ) erzeugt wird. Die Fusion von einem Gramm Helium-4 erzeugt jedoch etwa 6,5 × 10⁸ kJ, was größer ist als die Energie, die bei der Spaltung von einem Gramm U-235 (8,5 × 10⁷ kJ) erzeugt wird. Dies ist besonders bemerkenswert, da die Reaktanten für die Heliumfusion kostengünstiger und weitaus häufiger vorkommen als U-235

Es wurde festgestellt, dass die Kerne der schweren Isotope des Wasserstoffs, ein Deuteron und ein Triton, bei extrem hohen Temperaturen eine thermonukleare Fusion durchlaufen, um einen Heliumkern und ein Neutron zu bilden. Diese Änderung verläuft mit einem Massenverlust von 0,0188 amu, was der Freisetzung von 1,69 × 10⁹ Kilojoule pro Mol gebildetem Helium-4 entspricht. Die sehr hohe Temperatur ist notwendig, um den Kernen genügend kinetische Energie zu geben, um die sehr starken Abstoßungskräfte, die sich aus den positiven Ladungen auf ihren Kernen ergeben, zu überwinden und sie kollidieren zu können.

Nützliche Fusionsreaktionen erfordern sehr hohe Temperaturen für ihre Initiierung – etwa 15.000.000 K oder mehr. Bei diesen Temperaturen dissoziieren alle Moleküle in Atome, und die Atome ionisieren und bilden Plasma. Diese Bedingungen treten an einer extrem großen Anzahl von Orten im gesamten Universum auf – Sterne werden durch Fusion angetrieben.

Es ist eine schwierige Aufgabe, Fusionsreaktoren zu bauen, da keine festen Materialien bei so hohen Temperaturen stabil sind und mechanische Geräte das Plasma, in dem die Fusionsreaktionen stattfinden, nicht eindämmen können. Zwei Techniken, um Plasma in der für eine Fusionsreaktion notwendigen Dichte und Temperatur einzuschließen, stehen derzeit im Mittelpunkt intensiver Forschungsanstrengungen: die Eindämmung durch ein Magnetfeld in einem Tokamak-Reaktor und der Einsatz fokussierter Laserstrahlen. Gegenwärtig gibt es jedoch weltweit keine autarken Fusionsreaktoren, obwohl kontrollierte Fusionsreaktionen in kleinem Maßstab nur für sehr kurze Zeiträume durchgeführt wurden.

Dieser Text wurde aus dem <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/21-4-transmutation-and-nuclear-energy">Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 21.4: Transmutation und Kernenergie übernommen.