Warum spielt die Formel E=m×c^2 eine wichtige Rolle bei der Kernspaltung?

6 Antworten

"Und wenn ich im Internet etwas über den Massendefekt lese, steht dort,
dass die Masse der einzelnen Nukleone größer ist als die des gesamten
Kerns. Warum ist dies beim Uran nicht so? Die Spaltprodukte wiegen doch
weniger als der gesamte Kern...? "

Wo im Internet hast Du das denn gelesen?

Aber um Deine Hauptfrage zu beantworten: Die Formel E=mc² ist deshalb wichtig für die Kernspaltung, weil Du damit die Energie berechnen kannst, die entsteht. Der Massenefekt kommt dadurch zu stande, dass ein Teil der Masse in Energie umgewandelt wird. Mit der Formel kannst Du berechnen, wie viel Energie das ist (oder andersrum wie viel Masse verlorengegangen ist)

Die Spaltprodukte sind keine einzelnen Nukleonen, sondern sind selbst zusammengesetzte Kerne. Ab Nickel-62 aufwärts sind die Spaltprodukte, wenn man sich eine Kernspaltung denkt, leichter als der gespaltene Kern. Und hier kommt die Formel ins Spiel: Sie gibt an, welcher Energiemenge die fehlende Masse entspricht: der Energiemenge nämlich, die bei der betr. Kernspaltung frei würde. In technisch verwertbaren Mengen realisierbar ist diese Spaltung nur bei bestimmten, sog. spaltbaren Kernen wie U-235 oder Pu-239. Die Energiemenge, die sich laut Formel und tatsächlich dabei ergibt, ist ziemlich groß, und das macht die Idee so attraktiv, sie für Bomben und Kraftwerke zu verwenden.

Bei der Kernspaltung spielen zwei verschiedene Kräfte eine Rolle. Zum einen die elektrische Abstoßung zwischen den Protonen und zum anderen die starke Kernkraft, die die Protonen und Neutronen zusammenhält.

Die elektrische Abstoßung sollte theoretisch dazu führen, dass beim Spalten eines Kerns Energie frei wird. Die Anziehung andererseits müsste bewirken, dass Energie benötigt wird, um die Teilchen zu trennen.

Die Frage ist nun was von beiden größer ist, die freigesetzte oder die verbrauchte Energie. Bei leichten Atomen wie Wasserstoff oder Helium wird beim Verschmelzen von Kernen unterm Strich Energie frei. Bei schweren Elementen wie Uran dagegen wird Energie bei der Spaltung frei. Für eine Verschmelzung müsste hier Energie eingesetzt werden.

Die Masse der Teilchen hängt nun direkt von der Energie ab. Wenn Energie abgegeben wird, sinkt automatisch die Masse, weil gespeicherte Energie nun mal Masse besitzt. Das gilt übrigens auch für andere Dinge. Ein geladener Akku enthält auch mehr gespeicherte Energie als ein leerer und hat daher auch eine höhere Masse. Wenn du allerdings die Energie eines Akkus durch c^2 teilst um diese zusätzliche Masse auszurechnen, kommst du auf einen mikroskopisch kleinen Wert.

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