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Umwelt und Technik
Kernspaltung und Kettenreaktion
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Kernspaltung und Kettenreaktion |
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Hahn, Straßmann und Meitner entdeckten als erste, dass man mit langsamen Neutronen (typische Geschwindigkeit ca. 2km/s) die schweren Uran-235-Kerne spalten kann. Dabei wird kurzzeitig ein instabiler Zwischenkern (Uran-236) gebildet, welcher in zwei mittelschwere Kernbruchstücke "zerplatzt". Bei diesem Spaltprozess entstehen 2 bis 3 sehr schnelle Neutronen (typische Geschwindigkeit ca. 10000km/s). Die bei der Spaltung entstandenen Kernbruchstücke sind radioaktiv und zerfallen weiter.
Einen Teil der Bindungsenergie, die den Urankern zusammenhielt und nun nicht mehr gebraucht wird, nehmen die Kernbruchstücke als Bewegungsenergie mit. Diese Bruchstücke sind positiv geladen, stoßen sich elektrisch ab und fliegen auseinander. Da sie jedoch in ein Kristallgitter eingebettet sind, können sie nicht frei wegfliegen, sondern werden sehr schnell abgebremst. Bei dem Bremsvorgang wird die Bewegungsenergie in innere Energie umgewandelt.
| Will man mit den schnellen Spaltneutronen eine Kettenreaktion auslösen, muss man diese erst abbremsen (moderieren) damit eine genügend hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass weitere U-235 Kerne gespalten werden. Wasser eignet sich besonders gut zum Abbremsen der schnellen Neutronen, da die reichlich vorhandenen Wasserstoffkerne (Protonen) fast die gleiche Masse besitzen wie die Neutronen. Bei etwa gleich schweren Stoßpartnern ist der Energieverlust der Neutronen besonders hoch (vgl. Kugelkette). Beachten Sie, dass bei der obigen Animation die Neutronen im Wasser (blau) abgebremst werden. | |
Damit eine Kettenreaktion zustande kommt, muss eine gewisse Mindestmasse (kritische Masse) spaltbaren Materials vorliegen. Ist dies nicht der Fall verlassen zu viele Neutronen das Material an seiner Oberfläche bevor sie eine Spaltung bewirkt haben. Die kritische Masse von U-235 beträgt etwa 50kg.
