Was ist bei Eisen los (Kernspaltung/-fusion)?
Also wird bei Eisen am wenigstens/meisten Energie frei bei einer Kernfusion/-spaltung? Was ist genau beim Eisen los? Was passiert da?
5 Antworten
Das hängt mit der Masse der Fusions-/Spaltungsprodukte zusammen. Denke immer daran: Die Energie aus der Kernfusion (beispielsweise bei Sternen) und der Kernspaltung (beispielsweise im Atomkraftwerk) stammt aus dem Massendefekt - also dem Unterschied der Masse zwischen Urpsrungselement und Produkt.
Nehmen wir mal Wasserstoff, welches in Sternen zu Helium fusioniert (zwei Wasserstoffatomkerne bilden ein Heliumatomkern). Wasserstoff hat ein Proton im Kern, Helium zwei. Die Anzahl der Protonen im Kern bestimmt übrigens an welcher Stelle wir das Element im Periodensystem finden (auch Kernladungszahl genannt. Wasserstoff an erster Stelle, Helium an zweiter usw.). Logisch betrachtet müsste Helium aber genauso viel wiegen wie zwei mal Wasserstoff. Tut es aber nicht und da Einstein sagt, dass Energie nicht verloren gehen kann und Masse eine Form der Energie darstellt, wird die Differenz durch andere Energieformen freigesetzt (Hitze, Licht, Strahlung). Das ist der Massendefetk und der ist hier recht groß. Umso weiter wir im Periodensystem Richtung Eisen wandern (Nr. 26), desto geringer wird der Massendefekt und ab Eisen kehrt sich dieser Effekt um. Um weiterfusionieren zu können muss also Energie von außen zugeführt werden.
Die Kernspaltung macht das genau andersrum. Sie spaltet besonders schwere Elemente wie Uran (Nr. 92) in leichtere Elemente und die Differenz der Masse wird auch hier als Energie frei. Bei Eisen müsste man (zumindest theoretisch) Energie aufwenden um weiterfusionieren zu können.
Anders gesagt ist Eisen also genau der Schnittpunkt des Massendefekts. Deswegen bilden sich bei schweren Sternen erst mal nur Eisenkerne. Damit es schwerere Elemente als Eisen überhaupt geben kann, müssen Sterne sterben (der Zusammenfall bzw. die Supernova bringt die Energie mit um eine Fusion jenseits von Eisen durchzuführen).
Also aus Sicht eines Erzeugers für elektrische Energie lohnen sich nur besonders schwere Elemente zur Spaltung (naja...also die, die nicht gleich im Wimpernschlag wieder zerfallen^^) und wenn wir die Fusion nutzen wollen, werden wir nur besonders leichte Elemente wählen, da hier der Massendefekt jeweils am größten ist. Beides natürlich auch danach betrachtet, wie gut man an den "Brennstoff" kommt.
Na eben nichts mehr, das wars =Ende. Weder durch Spaltung noch durch Fusion wird Energie frei. Die "Asche" der Sternenentwicklung bei größeren Sternen...
Wenn etwas höheres, Fusion (mehr Protonen) erzeugt werden soll muß man Energie zuführen und bei etwas niedrigerem, Spaltung (weniger Protonen) muß man auch Energie zuführen...
Wenn man AtomKerne quasi einzeln aus Protonen und Neutronen zusammen baut, wird nicht jedes mal die gleiche BindungsEnergie pro Kernteilchen frei (exotherme Reaktion). Bei Eisen ist diese BindungsEnergie pro Kernteilchen maximal!
Der anschaulichsten Grund ist, das ja auch immer mehr Protonen dazu kommen, die sich wg der gleichen Ladung abstoßen! Iwann können das auch zusätzliche Neutronen nicht mehr ausgleichen. Ist die GesamtMasse oder Anzahl der Protonen zu groß, werden die Kerne ja auch radioaktiv und neigen dazu spontan zu zerfallen, Ladung und/oder Masse abzugeben und kommen so in einen stabileren Bereich!
Schwere Kerne wie Uran setzen beim Spalten Energie frei, leichte Kerne wie Wasserstoff bei der Kernverschmelzung. Beim Eisen (mittelschwerer Kern) wird weder durch weiteres Spalten noch durch weiteres Verschmelzen Energie frei, d.h. hier enden die Prozesse. Schwerere Elemente als Eisen sind in "ausgebrannten" Sternen nur durch Zufuhr von Energie durch das Kollabieren entstanden.
Bei Eisen wird keine Energie frei bri der Kernfusion. Das ist das Endstadium eines Sterns! Wenn es anfängt Eisen zu bilden leitet es seinen eigenen tod ein!!