Alles über die Kernspaltung: wie sie funktioniert und welche Unterschiede sie zur Fusion hat

  • Bei der Kernspaltung handelt es sich um die Spaltung schwerer Kerne wie Uran-235.
  • Eine kontrollierte Kettenreaktion ist die Grundlage von Kernreaktoren.
  • Kernspaltung und Kernfusion setzen Energie frei, ihr Mechanismus ist jedoch entgegengesetzt.

Kernspaltungssimulation

Die Kernenergie ist eine der leistungsstärksten Energiequellen der Welt. Im Allgemeinen wird es in großen Kernkraftwerken zur Stromerzeugung in großem Maßstab eingesetzt. Allerdings kennen nur wenige die Prozesse, die es ermöglichen, die Atomkerne in praktische Energie für das tägliche Leben umzuwandeln. Im Allgemeinen wird diese Energie durch zwei verschiedene Prozesse erzeugt: Kernspaltung y Kernfusion.

In diesem Artikel werden wir uns mit dem Prozess befassen KernspaltungDabei wird unter anderem erklärt, wie diese Art von Energie erzeugt wird, was ihr Mechanismus ist und wie sie sich von der Kernfusion unterscheidet.

Was ist Kernspaltung?

Kernspaltung von Uran 235

Kernspaltung ist eine Art Kernreaktion, bei der sich der Kern eines schweren Atoms in leichtere Kerne spaltet und dabei eine große Energiemenge freisetzt. Diese Energie wird anschließend in Kernkraftwerken hauptsächlich in Strom umgewandelt.

Dabei kollidiert ein Neutron mit dem Kern eines instabilen Atoms, z Uran-235 oder Plutonium-239. Durch das Einfangen dieses Neutrons wird das Der Kern wird noch instabiler und spaltet sich, wobei zusätzliche Neutronen und Energie in Form von Wärme und Strahlung freigesetzt werden.

Diese zusätzlichen Neutronen können wiederum weitere Spaltungsreaktionen auslösen, indem sie mit anderen instabilen Kernen kollidieren und so eine Aufrechterhaltung aufrechterhalten Kettenreaktion Dies kann, wenn es nicht richtig kontrolliert wird, zu einer massiven Energiefreisetzung auf destruktive Weise führen. Dies ist das Grundprinzip, das den Betrieb eines Kernreaktors ermöglicht.

Ein einzelner gespaltener Kern Es kann millionenfach mehr Energie erzeugen als eine typische chemische Reaktion, beispielsweise die Verbrennung von Kohle oder Gas. Diese beeindruckende Energieleistung macht die Kernenergie zu einer so attraktiven Option für die Stromerzeugung.

Kettenreaktion

Bei der Kernspaltung werden mehrere Neutronen (normalerweise zwischen zwei und drei) freigesetzt. Diese Neutronen können weiterhin mit anderen spaltbaren Kernen in der Nähe interagieren, was zu weiteren Spaltungen führt und folglich noch mehr Neutronen und Energie freisetzt. Das nennt man Kettenreaktion.

Kernfusionsschema

Damit eine Kettenreaktion nachhaltig ist, ist es notwendig, dass mindestens eines der bei der ersten Spaltung freigesetzten Neutronen eine neue Spaltung verursacht. Ist diese Bedingung erfüllt, kann die Reaktion kontrolliert ablaufen. Dies ist das Funktionsprinzip von Kernreaktoren.

Eine der großen Herausforderungen von Kernkraftwerken besteht darin, diesen Prozess kontrollieren zu können. Zu viele Spaltungen hintereinander können zu einer plötzlichen Energiefreisetzung führen, während zu wenige Spaltungen es unmöglich machen, genügend Energie zu erzeugen. Kernreaktoren sind darauf ausgelegt, dieses Gleichgewicht durch Nutzung aufrechtzuerhalten Moderatoren und Kontrollleisten Sie absorbieren bei Bedarf Neutronen.

Unterschiede zwischen Kernspaltung und Kernfusion

Kernfusion

Sowohl die Spaltung als auch die Fusion setzen die im Atomkern enthaltene Energie frei, der Mechanismus dahinter ist jedoch sehr unterschiedlich.

Im Kernspaltung, ein schwerer Kern teilt sich in kleineren Kernen, wie bereits erwähnt, während in der Kernfusion, der Vorgang ist umgekehrt: leichte Kerne, meist WasserstoffSie verschmelzen zu einem schwereren Element und setzen dabei eine enorme Energiemenge frei.

Spaltungsbeispiel:

Wenn ein Neutron auf ein Atom trifft Uran-235, das Atom spaltet sich in zwei leichtere Kerne, Barium-144 und Krypton-89Dabei werden drei neue Neutronen und eine große Energiemenge freigesetzt. Es handelt sich um einen streng kontrollierten Prozess in Kernkraftwerken.

Fusionsbeispiel:

In der Sonne verschmelzen Wasserstoffkerne ständig zu Heliumkernen und setzen dabei enorme Energiemengen in Form von Licht und Wärme frei. Allerdings sind die für eine Fusionsreaktion auf der Erde notwendigen Bedingungen aufgrund von Temperaturen von mehreren Millionen Grad und hohen Drücken äußerst schwierig zu erreichen. Trotz jahrzehntelanger Forschung Die kontrollierte Kernfusion ist noch nicht kommerziell realisierbar.

Kritische Masse

La kritische Masse Dabei handelt es sich um die Mindestmenge an spaltbarem Material, die erforderlich ist, damit eine anhaltende Kettenreaktion möglich ist. Wenn die verwendete Masse unter der kritischen Masse liegt, gehen die bei jeder Spaltung freigesetzten Neutronen verloren, bevor es zu neuen Spaltungen kommt, und die Reaktion stoppt.

Die kritische Masse hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z Reinheit des Materials, seine Geometrie und ob es von neutronenreflektierenden Materialien umgeben ist, die Verluste reduzieren.

Ein Beispiel hierfür ist, dass Kernreaktoren in der Regel kugel- oder zylinderförmig konstruiert sind, um die Anzahl der Neutronen im System möglichst lange aufrechtzuerhalten und eine nachhaltige Kernspaltung sicherzustellen.

Spontane Kernspaltung

spontane Kernspaltung Es ist ein weniger verbreitetes, aber wichtiges Phänomen, bei dem sich ein Kern ohne das Eingreifen eines einfallenden Neutrons teilt. Dies geschieht bei sehr instabilen Isotopen wie Plutonium-239.

Obwohl die Wahrscheinlichkeit, dass es spontan auftritt, gering ist, hat dieses Phänomen Auswirkungen auf das Kernmaterialmanagement und die Reaktorsicherheit.

Was-ist-Kernspaltung-und-wie-funktioniert-sie-1

Diese Art der Spaltung kann zur Emission von Strahlung führen und stellt bei unsachgemäßer Handhabung eine potenzielle Gefahr dar, da sie bei Erreichen der richtigen Bedingungen unerwünschte Reaktionen auslösen könnte.

Darum die Sicherheit in Kernkraftwerken ist der Schlüssel zur Vermeidung von Zwischenfällen und Katastrophen wie denen in Tschernobyl oder Fukushima.

Die Kernspaltung ist nach wie vor eine der weltweit führenden Technologien zur Energieerzeugung, insbesondere aufgrund ihrer Fähigkeit, große Strommengen bei begrenztem CO2-Fußabdruck zu erzeugen.


Hinterlasse einen Kommentar

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert mit *

*

*

  1. Verantwortlich für die Daten: Miguel Ángel Gatón
  2. Zweck der Daten: Kontrolle von SPAM, Kommentarverwaltung.
  3. Legitimation: Ihre Zustimmung
  4. Übermittlung der Daten: Die Daten werden nur durch gesetzliche Verpflichtung an Dritte weitergegeben.
  5. Datenspeicherung: Von Occentus Networks (EU) gehostete Datenbank
  6. Rechte: Sie können Ihre Informationen jederzeit einschränken, wiederherstellen und löschen.