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Die Kernspaltung bezeichnet in der Kernphysik eine Reaktion, bei der ein Atomkern in zwei oder mehrere Bestandteile zerlegt wird. Man spricht nur dann von einer Kernspaltung, wenn die Spaltung spontan wie beim Kernzerfall auftritt oder wie bei der induzierten Kernspaltung sich leicht herbeiführen lässt. Bei einer derartigen Reaktion wird Energie in Form von Bewegungsenergie der Spaltprodukte freigesetzt. Die Spaltprodukte sind in der Regel radioaktiv. Besonders geeignet zur induzierten Reaktion sind Isotope der Elemente Uran, Plutonium und Thorium.
1919 wurde durch Ernest Ruhterford das Proton entdeckt. Nun konnte man endlich den Aufbau der Atomkerne aus Protonen und Neutronen erklären. Außerdem hatte man gleichzeitig ein Teilchen zur Verfügung, das sich relativ leicht in andere Atomkerne einbauen ließ, da ein Neutron von den positiven Ladungen der Protonen nicht abgestoßen wird, weil es ungeladen ist. Im Jahr 1932 gelang dem Engländer James Chadwick, die sehr durchdringenden Strahlen, die beim Beschuss von Beryllium mit Alphateilchen entstehen zu deuten. Die dabei auftretenden Teilchen nannte er wegen ihres elektrisch neutralen Charackters Neutronen Zwei Jahre später im Jahr 1934 wurde beim Beschuss von Uran mit Thorium mit Neutronen erstmals die Vermutung geäußert, dass Elemente mit einer Kernladungszahl über 82 entstehen könnten.
In Berlin beschäftigten sich die Chemiker Otto Hahn und Fitz Strassman damit, die geringen Mengen der erzeugten Isotope zu identifizieren. Aufgrund der Ergebnisse ihrer Untersuchungen nahmen sie an, dass beim Beschuss von Uran mit Neutronen Radiumisotope entstehen würden. In ihrem Aufsatz erklärten sie, dass ihre Radiumisotope die Eigenschaften des Bariums haben, deswegen handelt es sich bei den neuen Körpern nicht um Radium sondern, um Barium. Diese Annahme bestätigte sich nach einem Gedankenaustausch mit Lise Meitner, die bis 1938 mit Otto Hahn und Fritz Strassman zusammengearbeitet hatte und dann nach Schweden emigriert ist. Dadurch wurde klar, dass Urankerne gespalten werden. In einem weiteren Aufsatz von Hahn und Strassman, der im Januar 1939 veröffentlicht wurde, wird erstmals das Wort Kernspaltung veröffentlicht, dass von Lise Meitner und ihrem Mitarbeiter Max Frisch geprägt worden war.
Grundsätzlich können alle Atomkerne gespaltet werden. Bei bestimmten Uran- und Plutoniumisotopen ist aber die Spaltung mit Hilfe von Neutronen besonders leicht durchzuführen. Außerdem wird bei der Spaltung dieser Kerne mehr Energie frei als dafür aufgewendet werden muss.
Im allgemeinen zerfällt ein Kern bei einer Spaltung in zwei verschieden schwere Spaltfragmente, welche einen erheblichen Neutronenüberschuss besitzen, den die durch mehrfachen Betazerfall abgeben. Diese Bruchstücke stoßen so oft mit anderen Atomen zusammen, bis sie ihre gesamte Bewegungsenergie abgegeben haben. Die Atome schwingen dafür heftiger, d.h. die Materie bekommt eine größere innere Energie und damit eine höhere Temperatur. Man erkennt, das ungeheure Energiemengen im Vergleich zu chemischen
Prozessen bei Kernspaltungen umgesetzt werden. Diese Energie nennt man Kernenergie. Für die Energiegewinnung durch Kernspaltung ist in der Natur nur das Uran-235 zu Verfügung.
Bei der Spaltung von Kernen werden zwei bis drei Neutronen freigesetzt, die weitere Kernspaltungen hervorrufen, dies kann zu einer Kettenreaktion führen. Die Freisetzung von Neutronen bewirkt eine kontinuierlich ablaufende Kettenreaktion. Um eine solche Kettenreaktion aufrecht zu erhalten ist es notwendig, dass einer der bei einer Kernspaltung freigesetzten Neutronen einen anderen Atomkern spaltet. Falls mehr als eines der freigesetzten Neutronen eine Kernspaltung bewirkt, nimmt die Anzahl der Reaktionen mit der Zeit zu und es entsteht eine Explosion. Falls weniger als eines der freigesetzten Neutronen eine Kernspaltung bewirkt, nimmt die Anzahl der Reaktionen mit der Zeit ab und die Reaktion endet.
Kontrollierte Kettenreaktion
Anlagen, bei denen Kettenreaktionen kontrolliert ablaufen, bezeichnet man als Kernreaktoren. Im Prinzip bestehen sie aus fünf Komponenten:
Beim Reaktor sorgt man dafür, dass die Zahl der Urankerne, die gespaltet werden in Grenzen bleibt, sodass die Energie langsam ausströmt und so genutzt werden kann. Man muß die Zahl der Neutronen, die dafür zuständig sind, die Reaktion von Atom zu Atom weiterzureichen verringern, um die Kettenreaktion abzubremsen. Das geschieht dadurch, dass man den Uranblock mit den Stoffen versetzt, die Neutronen absorbieren. Das Metall Cadmium ist ein solcher Stoff , den man in Form von langen Stäben in die Brennkammer eines Reaktors einführt.
Der Moderator bremst die bei jeder Kernspaltung entstehenden schnellen Neutronen. Das geschieht, dadurch dass die Neutronen an den Kernen des Moderators durch Stöße abgebremst werden. Beim Einsatz eines Moderators kommt man mit niedrigen Spaltstoffkonzentrationen aus. Im Prinzip reicht der vorhandene Anteil von 0,7% der im natürlichen Uran vorhanden ist.
Zuletzt aktualisiert am 24.01.2005 für html eingerichtet -ml- |
