Kernreaktion U-235

Die Kernspaltung ist die Spaltung eines schweren Atomkerns in zwei oder mehr leichtere Kerne, wobei Energie freigesetzt wird. Dies passiert, wenn ein Neutron einen schweren Kern, wie beispielsweise Uran-235, trifft.

Die Masse der Spaltprodukte und der freigesetzten Neutronen ist geringer als die Masse des ursprünglichen Uran-235-Kerns. Die Differenz in der Masse wird in Energie umgewandelt gemäß Einsteins berühmter Gleichung E = mc².

Die Anzahl der Neutronen, die bei einer einzelnen Spaltungsreaktion freigesetzt werden, hängt vom Kern ab, der gespalten wird. Diese Neutronen können weitere Kerne spalten und so eine Kettenreaktion auslösen.

Die kritische Masse ist die minimale Masse eines spaltbaren Stoffes, die erforderlich ist, um eine kontinuierliche Kettenreaktion aufrechtzuerhalten. Unterhalb der kritischen Masse entweichen die meisten Neutronen aus dem Material, ohne weitere Kerne zu spalten.

Die typischen Spaltprodukte der Kernspaltung von Uran-235 sind radioaktiv und haben eine hohe Energie. Diese Produkte können sich über verschiedene Zerfallsreihen in stabilere Nuklide umwandeln.

Moderatormaterialien verlangsamen die schnellen Neutronen, die bei der Kernspaltung freigesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass sie von anderen Kernen absorbiert werden und diese spalten. Moderatoren sind typischerweise leichte Elemente wie Wasser oder Graphit.

Absorbermaterialien, wie beispielsweise Cadmium oder Bor, absorbieren Neutronen, ohne selbst zu spalten. Sie werden zur Kontrolle der Kettenreaktion verwendet, um eine unkontrollierte Energiefreisetzung zu verhindern.

Kernspaltungsreaktoren nutzen die kontrollierte Kettenreaktion der Kernspaltung, um Wärmeenergie zu erzeugen. Diese Energie wird dann zur Stromerzeugung genutzt.

Die Halbwertszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte der radioaktiven Atome in einer Probe zu zerfallen. Sie ist ein wichtiges Konzept für die Beurteilung der Sicherheit und der Langzeit-Lagerung von nuklearem Abfall.

Neben Uran-235 können auch andere schwerere Nuklide, wie Plutonium-239, durch Neutroneneinfang und anschließende Beta-Zerfälle gebildet werden. Dieser Prozess kann in Kernreaktoren oder als Folge von Neutronenbestrahlung im natürlichen Uranerz stattfinden.

Der Prozess, bei dem ein Neutron in den Kern eines Atoms eindringt und dort verbleibt, wird als Neutroneneinfang bezeichnet. Dieser Prozess ist wichtig für den Betrieb von Kernreaktoren und die Bildung neuer Nuklide.

Uran-238 ist ein schweres Isotop, das nicht direkt durch thermische Neutronen spaltbar ist, sich aber durch Neutroneneinfang in Plutonium-239 umwandeln kann, das wiederum spaltbar ist.

Bei der Kernspaltung werden Neutronen mit unterschiedlichen Energien freigesetzt. Thermische Neutronen mit niedrigen Energien sind effizienter für die Induktion der Kernspaltung von Uran-235.

Die Spaltprodukte der Kernspaltung haben eine Vielzahl von chemischen Eigenschaften und sind in der Regel radioaktiv. Sie sind als nuklearer Abfall zu betrachten und müssen sicher gelagert werden.

Die Energie, die bei einem einzelnen Kernspaltungsereignis freigesetzt wird, liegt typischerweise im Bereich von einigen MeV (Megaelektronenvolt). Dies ist eine enorme Energiemenge im Vergleich zur Energie, die bei chemischen Reaktionen freigesetzt wird.

Die Kernspaltung ist ein wichtiger Prozess in Kernreaktoren, der die Energiegewinnung aus Atomkernen ermöglicht. Sie wird auch in Atomwaffen eingesetzt.

Die Wahl der Materialien und die Konstruktion eines Kernreaktors beeinflussen die Effizienz und Sicherheit der Kernspaltung. Es gibt verschiedene Arten von Reaktoren, die für verschiedene Zwecke eingesetzt werden.

In Kernreaktoren werden spezielle Materialien als Steuerstäbe verwendet, um die Kettenreaktion zu kontrollieren. Diese Stäbe absorbieren Neutronen und verhindern so eine unkontrollierte Energiefreisetzung.

Die Kernspaltung erfordert eine bestimmte Anzahl und Verteilung von Spaltmaterial, um eine selbsterhaltende Kettenreaktion zu ermöglichen. Diese Menge und Verteilung wird als kritische Masse bezeichnet.