E1 Neutroneninduzierte Kernspaltung

Thema

Wenn ein großer spaltbarer Atomkern – Uran-235, Uran-233 oder Plutonium-239 – ein Neutron absorbiert, kann dieses zusätzliche Neutron ihn so weit destabilisieren, dass er in zwei oder mehr leichtere Kerne, die Spaltprodukte, zerfällt. Bei dieser Spaltung werden gleichzeitig drei Dinge freigesetzt: kinetische Energie, die sich auf die Spaltprodukte verteilt und mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird; Gammastrahlung, die im Moment der Spaltung emittiert wird; und mehrere zusätzliche freie Neutronen, die keinem Kern mehr angehören und für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen.

Nicht alle spaltbaren Kerne verhalten sich bei dieser Absorption gleich: Natürliches Uran besteht hauptsächlich aus Uran-238, das in Gegenwart niederenergetischer Neutronen nicht leicht spaltet, und einem geringen Anteil an Uran-235, das spaltbar ist. Dieser Unterschied im Verhalten ist der Grund, warum der Brennstoff in den meisten Leistungsreaktoren einem Anreicherungsprozess unterzogen werden muss, der den Anteil an Uran-235 erhöht, bevor er Energie liefern kann.

Die Spaltprodukte, die bei der Kernspaltung entstehen, sind keine feste Gruppe von Teilchen, sondern eine Vielzahl leichterer Atomkerne, von denen die meisten selbst instabil sind: Sie unterliegen ihrem eigenen radioaktiven Zerfall. Allein diese Tatsache erklärt den Ursprung der Restwärme, die später in diesem Abschnitt beschrieben wird. Darüber hinaus ist die bei der Spaltung eines einzelnen Atomkerns freigesetzte Energie im Vergleich zu jeder gewöhnlichen chemischen Reaktion außerordentlich groß, eben weil sie Energie freisetzt, die in der starken Kernkraft gespeichert ist, welche den Atomkern zusammenhält – eine Wechselwirkung, die weitaus intensiver ist als die chemischen Bindungen, die die konventionelle Verbrennung bestimmen.

Deshalb schließt dieses Modul, das mit einem Neutron beginnt, das einen Atomkern destabilisiert, mit dem Hinweis, dass diese Spaltung zwei unterschiedliche Folgen hat: freie Neutronen, die den Prozess in einem anderen Atomkern wiederholen können, und instabile Spaltprodukte, deren eigener Zerfall noch lange nach der ursprünglichen Spaltung Energie freisetzt.

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