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Kernreaktionen

Allgemeines

Bei Kernreaktionen differenziert man zwischen der Kernspaltung und der Kernfusion.

Wichtig dabei ist, dass die Gesamtenergie, sowie der Gesamtimpuls stets erhalten bleiben. Zudem bleibt die Summe der Kernladungszahl und der Massenzahl der Reaktionspartner gleich. Weitere Informationen findest du im Artikel Atomkern.

Die kinetische Energie von -Teilchen ist dabei häufig geringer als der Energiewert der Reaktion. Es gilt dabei:

Dies ist damit zu begründen, dass der Atomkern bei der Emission des -Teilchens einen Rückstoß und damit kinetische Energie erhält. Diese Rückstoßenergie muss zur Impuls- und Energieerhaltung berücksichtigt werden.

Kernspaltung

Bei der Kernspaltung werden schwere Kerne durch Neutronenbeschuss künstlich gespalten. Dabei zerfällt der schwere Kern in zwei leichtere “Tochterkerne”, wobei zudem Energie frei wird. Zudem werden weitere Neutronen emittiert, sodass eine Kettenreaktion möglich ist.

Die Kernreaktion läuft exotherm ab, d.h. es wird Energie freigesetzt, welche genutzt werden kann. Eine mögliche Beispielsreaktion lautet:

Kernreaktionen hier am Beispiel der Kernspaltung exemplarisch dargestellt.
Abb. 1: Darstellung der Kernspaltung.

Die Energie, welche für die Spaltung notwendig ist, nennt man Aktivierungsenergie.

Kernfusion

Bei der Kernfusion werden leichte Kerne zu einem schweren Kern verschmolzen. Die Kernreaktion läuft dabei exotherm ab, d.h. ein Energieaufwand ist erst notwendig, damit es überhaupt erst zur Kernfusion kommt.

Die Aktivierungsenergie ist dabei sehr groß, da sich die Reaktionspartner gegen die abstoßende Coulombkraft nah genug nähern müssen, damit sie überhaupt erst den Wirkungsbereich erreichen. Die kinetische Energie ist dabei entscheidend.

Eine Beispielreaktion lautet:

Die Energieausbeutung bei Kernfusion ist dabei tendenziell höher als bei Kernspaltungen. Die Problematik ist allerdings die aufwendige technische Realisierung. Zum einen müssen hohe Temperaturen (~ 2 Mrd. K) erzeugt werden. Bei diesen Temperaturen bezeichnet man Materie als Plasma. Dieses muss im Kernreaktor von den Wänden ferngehalten werden, sodass starke Magnetfelder notwendig sind.

Kurzüberblick

➤ Bei der Kernreaktion

      • bleiben Gesamtenergie und -impuls erhalten
      • bleiben Kernladungszahl und Massenzahl in der Summe erhalten

➤ Bei der Kernspaltung werden schwere Kerne durch Neutronenbeschuss gespalten. Dabei wird Energie frei

➤ Bei der Kernfusion verschmilzt man zwei leichte Kerne zu einem schweren Kern. Dabei ist Energieaufwand notwendig, denn die Reaktionspartner müssen sich nah genug nähern (Coulombabstoßung)

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