Definition der Kernspaltung
Kernspaltung bezeichnet den Prozess, bei dem ein schwerer Atomkern in zwei oder mehr leichtere Kerne zerlegt wird. Dabei werden Neutronen freigesetzt und Energie in Form von Wärme abgegeben.¹
Voraussetzungen für Kernspaltung
Für eine Kernspaltung sind zwei Dinge nötig:
- Ein sehr schweres Element (mindestens Thorium-232 oder schwerer)
- Ein Auslöser: ein langsames, thermisches Neutron²
Ablauf der Kernspaltung
Der Ablauf der Kernspaltung erfolgt in folgenden Schritten:
- Ein schwerer Atomkern (z.B. Uran-235) wird mit einem langsamen Neutron beschossen.
- Der Kern wird instabil und teilt sich in zwei mittelschwere Kerne (z.B. Barium und Krypton).
- Bei der Spaltung werden 2-3 neue Neutronen freigesetzt.
- Es wird Energie frei, da die Gesamtmasse der Spaltprodukte kleiner ist als die Masse des ursprünglichen Kerns (Massendefekt).
Energiefreisetzung
Die freigesetzte Energie lässt sich mit Einsteins Formel E = mc² berechnen, wobei m der Massenunterschied vor und nach der Spaltung ist.³
Kettenreaktion
Die bei der Spaltung freigesetzten Neutronen können weitere Kernspaltungen auslösen, was zu einer Kettenreaktion führt. Man unterscheidet:
- ungesteuerte Kettenreaktion: Läuft unkontrolliert ab (z.B. in Atombomben)
- gesteuerte Kettenreaktion: Die Anzahl der Neutronen wird kontrolliert (z.B. in Kernreaktoren)⁴
Spaltbare Isotope
Durch thermische (langsame) Neutronen sind vor allem Isotope mit ungerader Neutronenzahl gut spaltbar, z.B. Uran-235. Sehr schnelle Neutronen können auch Isotope mit gerader Neutronenzahl spalten.⁵
Anwendungen
Die wichtigsten Anwendungen der Kernspaltung sind:
- Energieerzeugung in Kernkraftwerken
- militärische Nutzung in Kernwaffen⁶