I. Um meine folgenden Ausführungen leichter verständlich zu machen, werde ich zunächst einige Begriffe näher definieren:

Energie:

Im physikalischen Sinn ist Energie das in einem System gespeicherte potentielle Arbeitsvermögen, es stellt einen Vorrat dar, der bei "Abruf" Arbeit verrichten kann. Gemessen wird deshalb die Energie in gleichen Einheiten wie die Arbeit, nämlich in Joule (1 J = 1 Nm (Newtonmeter) = 1 Ws (Wattsekunde) = 1 m²kg s^-2). Energie kann in den verschiedensten Formen auftreten und (teilweise) von uns wahrgenommen werden: Wärme, Licht, Elektrizität, Gammastrahlen usw. Ein bewegter Körper speichert die ihm durch die Beschleunigung zugeführte Energie als kinetische (Bewegungs-) Energie. Diese kann bei einem Aufprall auf einen massiven Gegenstand sehr plötzlich freigegeben werden, zum Beispiel beim Aufprall eines Meteoriten auf einen Himmelskörper oder dem unglücklichen Zusammenprall zweier Fahrzeuge (Trägheit). Doch beinhaltet jeder Gegenstand auch eine potentielle Energie, die Energie der Lage. Kernbindungsenergie, Gravitationswellen und Rotationsenergie sind weitere Erscheinungsformen der Energie. Alle diese Energien sind ohne Einschränkung und vollständig ineinander umwandelbar!

Masse:

Die Masse eines Körpers ist eine komplett ortsunabhängige Eigenschaft, eine physikalische Grundgröße. Man unterscheidet in:                                                                                                                                                                         1. träge Masse: sie bewirkt den Widerstand eines Körpers gegen Beschleunigung                                                        2. schwere Masse: Ursache für das Gewicht eines Körpers im Schwerefeld (z. B. der Erde).                                   Jede Masse ist mit einem Schwerefeld verknüpft (Gravitation). Ein Hauptaxiom der allgemeinen Relativitätstheorie ist das Äquivalenzprinzip, das die Gleichheit von träger und schwerer Masse fordert. Schon Newton hatte diese Gleichheit durch Pendelversuche geprüft. Einen sehr viel genaueren Beweis lieferte R. Eötvös durch Versuche mit einer Drehwaage. Nach der Relativitätstheorie nimmt die bewegte Masse gegenüber der ruhenden Masse (Ruhmasse) mit der Geschwindigkeit zu. Bei Lichtgeschwindigkeit würde sie unendlich groß werden; daher kann diese Geschwindigkeit von einem materiellen Körper nie erreicht werden.

II. Als nächstes möchte ich den von Albert Einstein beschriebenen Zusammenhang zwischen Masse und Energie erläutern:

E=mc². Diese, zuerst theoretische, Formel fand in der Praxis durch die Atombombe und durch Kernkraftwerke ihre Bestätigung, wobei in beiden Beispielen eine Umformung von Masse in Energie stattfindet. Doch auch auf der Sonne wirkt exakt dieses Verfahren seit jeher, was ich unten weiter erkläre. Diese Formel bedeutet nichts anderes als dass Energie in einem festen Verhältnis zu Masse steht, die Energie ist nämlich laut Einstein gleichzusetzen mit der, mit c² multiplizierten Masse, also der quadrierten Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das lässt wiederum darauf schlissen, dass Energie und Masse sich zwar mit unseren Mitteln nicht ausdrückbar, bis auf den Faktor c² das selbe sind. Es ist also möglich aus Masse Energie zu gewinnen (unten beschrieben), wie zum Beispiel durch Kernfusion, und umgekehrt.

Die Herleitung der Formel:

Da ich nicht von mir behaupten kann die Herleitung der einsteinschen Formel E=mc² vollständig verstanden zu haben, möchte ich an dieser Stelle auch auf eine andere Internetpräsenz verweisen, um mögliche Fehler oder Missverständnisse zu entschuldigen.                             Herleitung

Kernfusion:

Thermonukleare Reaktionen in einem Fusionsreaktor

Eine Kernverschmelzung ist das Zusammenfügen von leichten Atomkernen zu Schwereren, wobei große Energiemengen freigesetzt werden. Berechnungen haben ergeben, dass die Deuterium-Tritium-Fusionsreaktion am günstigsten ist, sie erfordert die geringste Ausgangsenergie der Stoßpartner. Bei ihrer Fusion entstehen schnelle Neutronen, die das Magnetfeld verlassen können und so die Energie nach außen transportieren können. Einer der Fusionspartner, Deuterium, kann aus dem Meerwasser gewonnen werden. Tritium ist jedoch wegen seiner kurzen Halbwertszeit (12,3 Jahre) nicht in der Natur erhältlich und muss im Reaktor aus Lithium erbrütet werden.
Es ist nicht möglich einen Teilchenbeschleuniger als Fusionsapparat einzusetzen, denn nur jede hundertste Teilchenkollision würde zu einem Fusionsprozess führen. Der Rest wären dann rein coulombsche Stöße. Da die thermonuklearen Fusionsprozesse im Plasma theoretisch wirtschaftlich möglich sind, wird versucht das Plasma so einzuschließen und aufzuheizen, dass es zu einer Kernfusion kommt. Die Bedingungen für die wirtschaftliche Fusion sind:
- die Energieeinschlusszeit muss ausreichend hoch sein 1-2 s.
- genügend hohe Temperatur des Plasmas: 100-200 Millionen Grad (10-20 keV)
- ausreichend hohe Dichte des Plasmas: 2*10^14 Teilchen/ccm
Diese Größen werden auch als Produkt zum Zündkriterium zusammengefasst. Das Zündkriterium fordert also, dass das Fusionsprodukt aus diesen drei Schlüsselgrößen 6*10^16 [ s Mio. Grad/ccm] sein muss. Zur Zeit hat noch kein einziger Versuchsreaktor dieses Kriterium erfüllt wie in der unteren Abbildung zu sehen ist.
 

Die Abbildung zeigt, wie nahe die weltweite Fusionsforschung inzwischen an der Zündung ist.
 

Entstehung der Energie auf der Sonne:

Die Sonne bezieht ihre Strahlungsenergie aus einem solchen Vorgang, welcher Proton-Proton-Reaktion heißt. Zwei Deuteriumkerne verschmelzen sich zu einem Heliumkern bei Temperaturen um 100 Millionen °C. Dieser Fusionsprozess erfolgt nicht von selbst, da beide Wasserstoffkerne positiv geladen sind und sich somit abstoßen. Bei solch hohen Temperaturen, wie sie im Sonneninneren sind, sind die Atome vollständig ionisiert und somit die Elektronen nicht mehr an die Atomkerne gebunden. Alle Teilchen können sich frei bewegen, wodurch die Bewegungsenergie in der Sonne so groß ist, dass die Protonen sich stark nähern und fusionieren. Diesen Zustand der Materie bezeichnet man als Plasma. Wenn zwei Kerne mit großer Geschwindigkeit (>1000 km/s) aufeinander zufliegen werden die Abstoßungskräfte ebenfalls überwunden. Diese Geschwindigkeit erhalten Teilchen bei hohen Temperaturen wie etwa in der Sonne bei 100 Millionen °C.
Stark vereinfacht kann man diese Proton-Proton-Reaktion als die Verschmelzung von vier Protonen zu einem Heliumkern beschreiben. Bei den verschiedenen Zwischenstadien werden Positronen, Neutrinos und Gammastrahlung erzeugt. Das Positron ist ein Elementarteilchen, das die gleiche Masse hat wie ein Elektron, jedoch eine positive Elementarladung trägt. Das Neutrino ist ein neutrales Elementarteilchen. Bis heute konnte man jedoch nicht nachweisen, dass das Neutrino eine Masse hat. Im Vergleich zur Masse des Elektrons wäre sie jedenfalls sehr klein. Die Neutrinos tragen einen geringen Teil der Energie aus der Sonne weg.