woher kommt das Neutron bei einer Kernspaltung?
Ich lese immer dass das Uran mit einem Neutron beschossen wird damit die Kettenreaktion losgeht. Aber was genau ist diese Neutronenquelle? Woher kommt das erste Neutron das alles auslöst?
8 Antworten
Bei einem Reaktor, der komplett mit neuen Brennstäben beladen ist, verwendet man eine Neutronenquelle, zum Beispiel ein Californiumisotop. Das stammt natürlich aus einem anderen Kernreaktor. Wenn ein Teil der Brennstäbe bereits im Betrieb gewesen ist, reicht deren Neutronenproduktion.
Zur Kernspaltung wird in der Regel Uran U235 verwendet, das zu einem kleinen Teil (zusammen mit U238) im Natururan vorhanden ist und z.T. angereichert wird. Dieses Isotop ist nicht stabil, sodass ständig einzelne Atome zerfallen und Neutronen freisetzen. Damit genügend Neutronen vorhanden sind, um die Kettenreaktion zu starten, braucht es eine bestimmte Mindestmenge (kritische Masse) an Uran235.
Bei der Kernspaltung entstehen mit jedem gespaltenen Kern 2 bis 3 neue Neutronen, die weitere Kerne spalten können. Bei der kontrollierten Kettenreaktion (Kernreaktor) spaltet nur ein freiwerdendes Neutron einen weiteren Kern, die übrigen Neutronen werden durch Steuerstäbe aus Bor o.ä. absorbiert.
Bei der unkontrollierten Kettenreaktion (Atombombe) spalten alle freiwerdenden Neutronen weitere Kerne, d.h. die Anzahl gespaltener Kerne nimmt exponentiell zu, es kommt zu einer Kernexplosion.
Ja das ist richtig, auch U238 zerfällt, liefert aber keine für die Kettenreaktion notwendigen Neutronen. Trotzdem reicht, wie von dir erwähnt, bei schwerem Wasser als Moderator bereits Natururan mit seinem geringen U235-Anteil.
Auch U235 liefert bei seinem Zerfall (= Alphazerfall) keine Neutronen. Die liefert es nur bei der Spaltung. Zerfall und Spaltung sind verschiedene Dinge, werden aber immer wieder in einen Topf geworfen. Ich plädiere dafür, sie klar auseinander zu halten. Die Begriffe zu vermischen hat grundsätzliche Mißverständnisse zur Folge, z.B. das Funktionsprinzip des Kernreaktors bestünde in der Radioaktivität des Urans und der hierbei entstehenden Zerfallswärme.
Ich habe mich nochmals schlau gemacht und muss mich teilweise korrigieren, bzw. präziser ausdrücken. Bei U235 und bei U238 gibt es sowohl Alphazerfall (ohne Neutronen) als auch Spontanspaltung (mit Neutronen). U235 wird in der Regel darum angereichert, weil es besser spaltbar ist, bzw. U238 schwer spaltbar ist.
Uran-235 spaltet sich in seltenen Fällen auch spontan, also ohne dass ein Neutron die Spaltung auslöst. Außerdem schwirren immer ein paar Neutronen rum, die aus der kosmischen Strahlung entstehen. Diese bewirken auch z.B. die Entstehung von C-14 aus N-14.
Auch Uran-238 und noch einige andere Uranisotope spalten in seltenen Fällen spontan. Unter ihnen tut es das Uran-238 sogar noch am häufigsten.
Uran 235 ist ein instabiles Element, das durch natürlichen Zerfall ständig Neutronen produziert. Erst wenn man genügend U235 dicht zusammenpackt bzw die Neutronen moderiert, gibt es eine Kettenreaktion.
In Uran ist es die Radioaktivität selbst, die die Spaltneutronen liefert. Über Moderatoren kann man Kernspaltung und Kernexplosion steuern.
Bei Streuexperimenten mit Neutronen oder Alphateilchen oder der Erzeugung von Transuranen benötigt man separate Teilchenstrahler, meistens andere radioaktive Isotope und ein Bleirohr.
Alle Uranisotope, auch U238, sind instabil und zerfallen. Dabei handelt es sich aber fast ausschließlich um Alphazerfall, bei dem nicht Neutronen, sondern Alphateilchen freigesetzt werden. Nur bei sehr wenigen Atomen kommt es zur spontanen Spaltung, bei der Neutronen frei werden. Der Anteil der spontanen Spaltungen ist bei U238 mit 5.45×10^-5% sogar noch größer als bei U235 mit 7×10^-9%.
Siehe in der Tabelle hier in der Spalte "Decay mode" die Enträge "SF" (spontaneous fission): https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_uranium#List_of_isotopes
Welcher Anteil von U235 für eine Kettenreaktion erforderlich ist, das hängt auch davon ab, in welchem Moderator die Brennelemente eingebettet sind. Verwendet man schweres Wasser, dann läuft der Reaktor auch mit Natururan. Verwendet man natürliches Wasser, dann muß man das Uran anreichern.