Spaltung und Fusion sind zwei Möglichkeiten, um Energie aus Atomkernen durch Kernreaktionen freizusetzen. Der Unterschied liegt im Prozess: Der eine verschmilzt Atome mit kleineren Kernen durch Verschmelzen, der andere zerlegt sie in Spaltprodukte. In beiden Fällen ist die Energiemenge so groß, millionenfach mehr als bei anderen Energiequellen, dass diese nuklearen Prozesse nur unter bestimmten Bedingungen ablaufen.
Was ist Kernfusion?
Als Verb ist Fuse gleichbedeutend mit "kombinieren" oder "mischen". Daraus folgt, dass bei einem Kernfusionsprozess zwei leichte Kerne verschmelzen einen schwereren Kern zu bilden. Beispielsweise können zwei Wasserstoffatome zu einem Deuterium verschmelzen.
Enorm hohe Energie, normalerweise in Form von extremer Hitze, die sehr hohe Temperaturen erzeugt, und Druck ist erforderlich, um zwei stark positive Kerne, die sich normalerweise in einen ausreichend engen Raum abstoßen würden, damit eine Fusion stattfinden kann, wodurch Kernenergie im freigesetzt wird Prozess.
Daher findet dieser Prozess nur in Sternen wie der Sonne statt, die einen natürlichen Fusionsreaktor in ihren Kernen haben. Die Menschheit kann temporär die Bedingungen für die Kernfusion schaffen, zum Beispiel mit einer Wasserstoffbombe, aber die Aufrechterhaltung so hoher Temperaturen, die für eine kontrollierte, kontinuierliche Reaktion erforderlich sind, bis zur Nutzung als Energiequelle ist noch nicht möglich möglich.
Sobald die Kernfusion jedoch beginnt, kann sie in einem selbsttragenden Kettenreaktion. Dies liegt daran, dass die kleineren Atome mit Massen bis zu der von Eisen im Periodensystem beim Verschmelzen mehr Energie abgeben, als für ihre Verschmelzung erforderlich ist (eine exotherme Reaktion). Daher ist die Kernfusion der Prozess, bei dem die meisten Sterne Energie abgeben.
Was ist Kernspaltung?
Spaltung, die als der Akt der Aufspaltung von etwas in Teile definiert werden kann, ist die Gegenteil von Fusion.
Bei der Kernspaltung zerfällt ein schwerer Kern in leichtere Kerne. Der Bruch tritt auf, wenn ein Neutron auf einen schweren Kern trifft und sehr radioaktive und instabile Nebenprodukte zusammen mit weiteren Neutronen erzeugt, die in einer nuklearen Kettenreaktion weiter zerfallen.
Die Energie, die bei der Kernspaltung freigesetzt wird, ist millionenfach effizienter als die Energie, die bei der Verbrennung einer entsprechenden Menge Kohle freigesetzt wird. Im Gegensatz zu Fusionsreaktionen sind Spaltreaktionen in Kernreaktoren relativ einfach zu initiieren und zu kontrollieren, was sie zu einer weit verbreiteten Energiequelle macht.
Beispiele für Spaltung und Fusion
- Kernreaktoren: Ingenieure verwenden normalerweise Plutonium oder Uran, um eine Spaltreaktion, die Geschwindigkeit mit Wasser und Stäben aus nichtreaktivem Material, die freie Neutronen absorbieren, steuert. Die bei den Spaltungsreaktionen freigesetzte Energie erhitzt Wasser, und der entstehende Dampf dreht Turbinen, die Strom für den menschlichen Gebrauch erzeugen.
- Atombomben: Kernspaltungsreaktionen bei Atombomben vorkommen. Anders als in einem Atomkraftwerk wird die Reaktion nicht kontrolliert, was eine schnelle Kettenreaktion ermöglicht, die dazu führt, dass unglaubliche Energien auf einmal freigesetzt werden. Der einzige Weg, wie Menschen auf der Erde die für die Fusion notwendigen Bedingungen schaffen können, die richtige Temperatur mit genügend Masse, die mit einem ausreichend hohen Druck zusammengedrückt wird, besteht darin, die Spaltung mit einer Bombe einzuleiten.
- Radioaktiver Zerfall: Kernspaltung tritt auch beim radioaktiven Zerfall auf, wenn ein Element spontan Energie in Form von Teilchen abgibt. Die Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls oder die Zeit, bis die Hälfte der radioaktiven Kerne in einer Probe zerfallen ist, hängt von der Gesamtstabilität des Kerns ab. Auf der Erde natürlich vorkommendes radioaktives Material unterliegt auf diese Weise ständig Spaltungsreaktionen.
- Der Kern der Sterne: Kernfusionsreaktionen treten natürlich unter der intensiven Temperatur und dem Druck innerhalb eines Sterns auf. Dies ist die Grundlage der meisten Energie, die Sterne abgeben.
- Kalte Fusion: Eine hypothetische Art zu kreieren Kernfusion bei "Raumtemperaturen", was sie zu einer brauchbaren von Menschen gemachten Energiequelle macht, wurde die Kalte Fusion nie erfolgreich entwickelt.