Kann man durch die Kernspaltung und Kernfusion Energie gewinnen? Und wie funktioniert das? Welche davon ist besser?

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5 Antworten

Moin,

also, ich versuche einmal, das ganz einfach zu erklären: Vielleicht weißt du ja schon, dass Atome aus einem winzig kleinen Kern und einer riesigen Hülle drumherum bestehen. Die Hülle enthält die Elektronen, besteht ansonsten jedoch aus Nichts (freier Raum). Im Kern dagegen befinden sich Neutronen und Protonen. Chemiker behaupten gerne, dass die Neutronen eine Art "Klebstoff" für die Protonen seien, damit sich diese nicht aufgrund ihrer gleichen positiven Ladung voneinander abstoßen. Dieses zwar recht anschauliche Bild ist indes nicht ganz wahr. Tatsächlich ist es eher so, dass sich zwar die Protonen voneinander abstoßen würden, wenn sie sich einander annähern, aber wenn sie eine bestimmte Distanz zwischen sich überwunden haben und ganz eng zusammen kommen, dann ziehen sie sich sogar wieder an. Oder besser gesagt, sie werden dann von einer Kraft, die viel größer ist als die (coulombsche) Abstoßungskraft gleich geladener Teilchen, zusammengehalten. Diese Kraft, die die Protonen im Kern zusammenhält, nennt man Kernkraft. Wenn du nun aber einen großen Kern mit vielen Protonen (und noch mehr Neutronen) zum Beispiel mit einem schnellen Neutron beschießt, dann werden ein paar der Protonen auseinander gedrängt. Dadurch überschreiten sie die kritische Distanz, die unterschritten werden muss, damit die Kernkraft die Protonen zusammenhalten kann. Dann wird natürlich die Abstoßungskraft zwischen den gleich geladenen Protonen wieder stärker wirksam und der Kern zerfällt in zwei kleinere Bruchstücke, die sich voneinander abstoßen, wobei gleichzeitig noch beschleunigte Neutronen herausgeschossen kommen. Die Neutronen können weitere große Kerne in ihrer Nähe spalten (Kettenreaktion). Bei diesem ganzen Prozess wird nun die Kernkraft, die ursprünglich den größeren Kern zusammengehalten hat in Form von Energie freigesetzt. Darum führen Kernspaltungen dazu, dass große Mengen an Energie freigesetzt werden.

Bei der Kernfusion ist das komplizierter. Hier brauchst du (kleine) Kerne, die mit großer Geschwindigkeit und unter großem Druck im richtigen Winkel aufeinanderprallen. Das kann dazu führen, dass die Protonen der kleinen Kerne sich so weit einander annähern, dass die kritische Distanz unterschritten wird, so dass die große Kernkraft gegenüber der kleineren Abstoßungskraft wirksam wird - die Kerne verschmelzen miteinander, es kommt zur Kernfusion. Kernfusionen können ebenfalls Energie freisetzen, aber es gibt auch Fusionen, die Energie benötigen. Die genauen Abläufe sind kompliziert, aber vielleicht ist dir geholfen, wenn du dir (vereinfacht) vorstellst, dass die große Bewegungsenergie der schnellen Kern im Moment der Fusion abrupt als Wärmeenergie freigesetzt wird...

Fazit: Die Kernspaltung führt in einer Kettenreaktion zum Freisetzen von Energie. Leider sind die Spaltprodukte in der Regel selbst radioaktiv und zerfallen unter Abgabe von radioaktiver Strahlung weiter.
Bei der Kernfusion benötigt man sehr schnelle kleine Kerne, die unter hohem Druck aufeinanderprallen. Dabei kann Energie freigesetzt werden. Diese wäre die "sauberere" Lösung, weil keine Radioaktivität im Spiel ist. Andererseits verlaufen nicht alle Fusionen exergonisch und außerdem sind einige Energiemengen so groß, dass auch von ihnen gewisse Gefahren ausgehen (Stichwort: UV-Strahlung bei den Kernfusionsprozessen auf der Sonne...).

LG von der Waterkant.

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Beide Verfahren beruhen auf Einsteins Beziehung E=mc2. D.h. wenn sich Nukleonen zu einem Kern zusammenfinden, wirkt die starke Kernkraft und ein Teil der Nukleonenmassen wird in Energie umgewandelt: Die s.g. Bindungsenergie pro Nukleon. Diese ist bei verschiedenen Nukliden verschieden groß. So muss man bei einer Kernspaltung zuerst Energie aufwenden, um den Kern zu zerstören und im Anschluss wird aber bei der Bildung zweier neuer Kerne in der Summe mehr Energie frei als zur Spaltung nötig war.

Kernfusion ist i.d.R. besser, da kaum radioaktive Überreste entstehen. Generell funktioniert Kernfusion nur mit leichteren Kernen als Fe-56. Mit schwereren Kernen ist dies endotherm. Schwerere Elemente können deswegen nur z.B. bei Supernovae entstehen, da dort genug Energie freigesetzt wird.

Auch energiemäßig ist die Ausbeute besser, bei der Verschmelzung von 2 Deuterium Kernen (H-2) zu He-4 wird mehr als 10 mal mehr Energie frei als bei der Spaltung von Uran.

Jedoch braucht man für die Kernfusion Bedingungen, wie sie im Kern der Sonne herrschen, das Helium brennen setzt z.B. erst bei 100.000.000°C ein.

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Ja geht bei beiden Fällen.

Bei der Kernspaltung werden in einer Kettenreaktion Atomkerne in zwei kleinere Kerne gespalten, da wird Energie frei.

Bei der Fusion werden zwei kleine Kerne zu einem großen verschmolzen, dabei wird auch Energie frei.

Soweit mir bekannt ist, ist die Kernfusion besser, weil die Energieausbeute dabei höher ist.

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Kommentar von Wechselfreund
27.02.2016, 16:19

Soweit mir bekannt ist, ist die Kernfusion besser, weil die Energieausbeute dabei höher ist.

Funktioniert aber noch nicht zur Energiegewinnung, wenn man mal von der Wasserstoffbombe absieht...

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Energiemäßig am günstigsten sind mittelschwere Kerne in der Gegend von Eisen. Kleinere würden (theoretisch) Energie beim fusionieren, größere beim Spalten liefern.

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Geht bei beiden - nur funktioniert das mit der Fusion noch nicht so richtig: Work in Progress... 

Strahlender Müll wird leider bei beiden Varianten produziert.

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