Kernspaltung
Die Kernspaltung ist eine Art von Kernreaktion. Sie findet statt, wenn ein Atom in kleinere Atome zerfällt. Einige Spaltungsreaktionen geben viel Energie ab und werden in Kernwaffen und Kernreaktoren eingesetzt. Die Kernspaltung wurde im Dezember 1938 von dem deutschen Kernchemiker Otto Hahn und seinem Assistenten Fritz Strassmann in Berlin entdeckt.
Ein Atom ist das kleinste Teilchen, aus dem ein chemisches Element (z.B. Wasserstoff, Sauerstoff, Magnesium) besteht. Alle Atome sind sehr klein. Atome bestehen aus drei Komponenten oder Teilchen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Die Protonen und Neutronen sind im Zentrum eines jeden Atoms in einer Kugel, dem sogenannten Kern, zusammengepresst. Die Elektronen umkreisen den Kern in seiner "Elektronenwolke". Elemente, die große Kerne haben, wie Uran und Plutonium, können zur Spaltung gebracht werden.
Wenn ein (relativ) sehr großer Atomkern von einem sich langsam bewegenden Neutron getroffen wird, wird er manchmal instabil und zerfällt in zwei Kerne. Wenn der Kern auseinander bricht (oder sich spaltet), setzt er Energie frei, meist in Form von Gammastrahlen und Wärme. Es bewirkt auch, dass einige Neutronen aus dem Kern freigesetzt werden.
Bei einigen wenigen Isotopen (ein Atom mit der gleichen Menge an Protonen, aber einer anderen Menge an Neutronen) kann eine solche Spaltung viele Neutronen freisetzen. Wenn diese Neutronen dann auf andere Atome treffen, werden sie die anderen Atome zur Spaltung bringen. Dies kann immer wieder passieren. Dies wird als nukleare Kettenreaktion bezeichnet, bei der sehr schnell riesige Energiemengen freigesetzt werden können. Die durch eine nukleare Kettenreaktion freigesetzte Energiemenge wird in Kilotonnen gemessen. Eine Kilotonne entspricht der Energie von eintausend Tonnen TNT (Trinitrotoluol).
Bei einer Atombombe muss dies sehr schnell geschehen, um eine sehr große Explosion auszulösen. In einem Kernreaktor muss dies langsam geschehen, um Wärme zu erzeugen. Die Wärme wird genutzt, um Wasser zu Dampf zu kochen, der eine Dampfturbine zur Stromerzeugung antreibt.
Das Kernspaltungsdiagramm zeigt ein Neutron, das von einem Urankern absorbiert wird, der dann instabil wird und sich unter Freisetzung von Energie und einigen weiteren Neutronen in zwei neue Atome spaltet.
Medien abspielen Einführender Videoclip zur Kernspaltung.
Fragen und Antworten
F: Was ist Kernspaltung?
A: Die Kernspaltung ist eine Art von Kernreaktion, bei der ein Atom in kleinere Atome zerfällt und dabei Energie freigesetzt wird.
F: Wer hat die Kernspaltung entdeckt?
A: Die Kernspaltung wurde im Dezember 1938 von dem deutschen Kernchemiker Otto Hahn und seinem Assistenten Fritz Strassmann in Berlin entdeckt.
F: Woraus sind Atome aufgebaut?
A: Atome bestehen aus drei Komponenten oder Teilchen - Protonen, Neutronen und Elektronen. Die Protonen und Neutronen sind in einer Kugel, dem Kern, im Zentrum eines jeden Atoms zusammengeballt, während die Elektronen den Kern in seiner "Elektronenwolke" umkreisen.
F: Welche Elemente können zur Spaltung gebracht werden?
A: Elemente mit großen Kernen, wie Uran und Plutonium, können zur Spaltung gebracht werden.
F: Wie kommt es bei der Kernspaltung zu einer Kettenreaktion?
A: Wenn ein (relativ) großer Atomkern von einem sich langsam bewegenden Neutron getroffen wird, wird er manchmal instabil und zerfällt in zwei Kerne. Dabei werden sowohl Energie als auch einige Neutronen aus dem Kern freigesetzt. Wenn diese Neutronen dann auf andere Atome treffen, spalten sie diese ebenfalls und lösen eine Kettenreaktion aus, die enorme Mengen an Energie freisetzen kann.
F: Was wird bei der Messung der bei einer Atombombenexplosion freigesetzten Energie gemessen? A: Die bei einer Atombombenexplosion freigesetzte Energie wird in Kilotonnen gemessen. Eine Kilotonne entspricht der Energie von eintausend Tonnen TNT (Trinitrotoluol).
F: Wie wird die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme genutzt?
A: In einem Kernreaktor muss die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme langsam ablaufen, um Wärme zu erzeugen, die dann verwendet wird, um Wasser zu Dampf zu kochen, der Dampfturbinen zur Stromerzeugung antreibt.
