Kernspaltung ist ein nuklearer Prozess, bei dem schwere Atomkerne geteilt werden, um große Mengen Energie zu erzeugen. Wesentlich für Nuklearenergie.
Wie Kernspaltung Energie erzeugt
Die Kernspaltung ist ein faszinierender Prozess, bei dem Energie durch das Teilen von Atomkernen freigesetzt wird. Dieser Prozess ist das Fundament vieler Nukleartechnologien und spielt eine entscheidende Rolle bei der Energieerzeugung in Kernkraftwerken.
Grundlagen der Kernspaltung
Im Kern jedes Atoms befinden sich Protonen und Neutronen, die durch die starke Kernkraft zusammengehalten werden. Bei der Kernspaltung wird der Kern eines schweren Atoms, wie dem von Uran-235 oder Plutonium-239, in zwei kleinere Kerne gespalten. Diese Spaltung wird oft durch den Beschuss mit langsamen (thermischen) Neutronen ausgelöst.
Der Prozess der Kernspaltung
- Ein Neutron trifft auf den Kern eines schweren Atoms wie Uran-235.
- Der Atomkern absorbiert das Neutron und wird instabil.
- Der instabile Kern teilt sich in zwei kleinere Kerne (Spaltprodukte), wobei zusätzliche Neutronen und eine große Menge Energie freigesetzt werden.
Die grundlegende Reaktionsgleichung für die Kernspaltung von Uran-235 ist:
235U + n → 92Kr + 141Ba + 3n + Energie
Energiefreisetzung bei der Kernspaltung
Der Großteil der freigesetzten Energie stammt aus der Umwandlung von Masse in Energie gemäß Einsteins berühmter Gleichung:
E = mc2
wobei:
- E die Energie ist
- m die Masse ist
- c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist (ca. 3 x 108 m/s)
Bei der Spaltung von Uran-235 wird etwa 200 MeV (Mega-Elektronenvolt) Energie pro gespaltenem Atom freigesetzt. Diese Energie manifestiert sich in Form von kinetischer Energie der Spaltprodukte und der Neutronen sowie als Strahlung (Gammastrahlen).
Kettenreaktion und ihre Kontrolle
Die Neutronen, die bei der Kernspaltung freigesetzt werden, können weitere Uran-235-Kerne spalten und so eine Kettenreaktion auslösen. In einem Kernkraftwerk wird diese Kettenreaktion durch Steuerstäbe aus Materialien wie Bor oder Cadmium kontrolliert, die überschüssige Neutronen absorbieren und somit die Reaktionsrate regulieren.
Anwendung in Kernkraftwerken
In Kernkraftwerken wird die bei der Kernspaltung freigesetzte Wärmeenergie genutzt, um Wasser zu verdampfen. Der entstehende Dampf treibt Turbinen an, die wiederum Generatoren zur Stromerzeugung antreiben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kernspaltung eine mächtige Methode zur Energieerzeugung ist, die auf der Umwandlung von Masse in Energie basiert und durch sorgfältige Kontrolle in Kernkraftwerken genutzt wird, um große Mengen elektrischer Energie bereitzustellen.