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Physik · Atomphysik
Wie ein Urankern nach Neutroneneinfang in zwei Bruchstücke zerfällt, warum dabei etwa 200 MeV frei werden und wie die Kettenreaktion im Reaktor kontrolliert wird.
Uran-235 spaltet sich nach einem Neutroneneinfang in zwei fester gebundene Kerne. Die Differenz wird frei, die neuen Neutronen treiben die Kettenreaktion.
Uran-235 hat etwa 7,6 MeV pro Nukleon und liegt rechts vom Maximum. Die Spaltprodukte liegen mit etwa 8,5 MeV näher am Maximum, sind also fester gebunden. Rund 0,9 MeV mal 236 Nukleonen ergeben etwa 200 MeV pro Spaltung. → Ausführlich in: Kernkräfte
Die Energie steckt zuerst als Bewegung in den Bruchstücken und wird zu Wärme. Dazu kommen Neutronen und γ-Strahlung. Etwa 0,1 % der Masse werden in Energie umgewandelt.
E = m · c²1 g · 0,1 % = 10⁻⁶ kg ergibt 10⁻⁶ · (3 · 10⁸)² = 9 · 10¹⁰ J
Bei der Kernspaltung zerfällt ein schwerer Kern in zwei mittelschwere. Meist löst das ein eingefangenes Neutron aus (induziert), sehr selten geschieht es von selbst (spontan). Uran-235 spaltet man am besten mit langsamen, thermischen Neutronen.
²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3 nBeispiel; Massenzahlen 236 = 141 + 92 + 3
Uran spaltet sich nicht immer in Barium und Krypton. Die Bruchstücke sind meist ungleich schwer (zwei Häufungen um A ≈ 95 und A ≈ 140) und radioaktiv, weil sie zu viele Neutronen haben.
| Art | Auslöser | Vorkommen |
|---|---|---|
| induziert | Neutroneneinfang | Reaktor, Bombe |
| spontan | keiner, von selbst | sehr schwere Kerne, selten |
Jede Spaltung setzt zwei bis drei Neutronen frei, die weitere Kerne spalten können. Das Maß ist der Multiplikationsfaktor k: die Neutronen pro Spaltung, die eine neue Spaltung auslösen.
| k | Verlauf | Beispiel |
|---|---|---|
| größer als 1 | exponentiell: 1, 2, 4, 8 … | Atombombe |
| gleich 1 | konstant | Reaktor im Betrieb |
| kleiner als 1 | klingt ab | abgeschalteter Reaktor |
Fällt Steuerung oder Kühlung aus, drohen Überhitzung und schwere Unfälle.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeVerfolge die Spaltung von oben nach unten und prüfe die Bilanz ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3 n. Sage vorab, woher die etwa 200 MeV stammen und wie aus drei Neutronen eine Kettenreaktion wird.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
