Kern-/Teilchenphysik

Kernspaltung und Kernfusion

Entdeckung der Kernspaltung

  • Welche Bedeutung hat die EINSTEIN-Formel in der Kernphysik?
  • Wie viel Energie kann man bei der Kernspaltung …
  • … und wie viel bei der Kernfusion gewinnen?
  • Warum gibt es noch keine Fusionsreaktoren?

Entdeckung der Kernspaltung

Die Abbildung unten zeigt den Versuch, mit dem 1938 die folgenschwere Entdeckung der Kernspaltung in Berlin gelungen ist. Das Original dieses Versuches ist im Deutschen Museum in München aufbewahrt.

Im Vergleich zu heutigen Versuchsanordnungen ist das Experiment noch relativ klein und übersichtlich.

2 Prinzip der Kernspaltung am Beispiel der Spaltung eines Uran-235-Kernes durch ein langsames Neutron.

Die von der Radiumquelle emittierten Alpha-Teilchen führen mit dem Beryllium eine Kernreaktion nach der folgenden Beziehung aus:\[{}_4^9{\rm{Be}} + {}_2^4{\rm{He}} \to {}_6^{12}{\rm{C}} + {}_0^1{\rm{n}} + \gamma \]Die hierbei entstehenden schnellen Neutronen werden durch die zahlreich im Paraffin vorhandenen Wasserstoffkerne abgebremst. Die nun langsamen (thermischen) Neutronen spalten das Uran, wobei zwei mittelschwere Kerne, die ihrerseits meist radioaktiv und angeregt (*) sind, als Bruchstücke entstehen. Bei der Spaltreaktion entstehen darüber hinaus 2 bis 3 Neutronen, die für weitere Spaltungen herangezogen werden können (Kettenreaktion).\[{}_{92}^{235}{\rm{U}} + {}_0^1{\rm{n}} \to {}_{92}^{236}{{\rm{U}}^*} \to {}_{36}^{89}{\rm{K}}{{\rm{r}}^*} + {}_{56}^{144}{\rm{B}}{{\rm{a}}^*} + 3 \cdot {}_0^1{\rm{n}} + {\rm{ca}}{\rm{.}}\;200{\rm{MeV}}\]Die emittierte radioaktive Strahlung wurde mit GEIGER-MÜLLER-Zählern nachgewiesen, deren Impulse durch Röhren-Verstärker so verstärkt wurden, dass damit ein mechanischer Impulszähler betrieben werden konnte. Die Spannungsversorgung der Verstärker und Zählrohre erfolgte mit Batterien. Die Identifikation der geringen Mengen der entstandenen Bruchstücke erfolgte auf chemischem Weg durch die fraktionierte Kristallisation.

Dabei ist es nicht zwingend, dass bei der Spaltung von Uran als Bruchstücke immer Barium- und Kryptonkerne entstehen. Wie die folgende Abbildung zeigt, sind höchst verschiedene Ergebnisse bei der Spaltung möglich. Allen ist aber gemeinsam, dass mittelschwere Kerne als Bruchstücke auftreten.

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