Kernspaltung und Kernfusion Quiz

Kernspaltung und Kernfusion verstehen

Kernspaltung bedeutet, dass ein schwerer Atomkern, meist Uran-235 oder Plutonium-239, durch den Einfang eines Neutrons in zwei leichtere Kerne zerfällt. Dabei werden zwei bis drei weitere Neutronen frei, die weitere Spaltungen auslösen können – eine Kettenreaktion. Sie läuft nur selbstständig ab, wenn die kritische Masse überschritten wird, also genügend spaltbares Material vorhanden ist. In Kernkraftwerken wird die Reaktion über Steuerstäbe geregelt, die Neutronen absorbieren. Ein häufiger Irrtum: Die Spaltung selbst ist nicht die Explosion; erst eine unkontrollierte Kettenreaktion setzt die Energie schlagartig frei.

Kernfusion ist das Gegenteil: Leichte Kerne, meist Wasserstoffisotope wie Deuterium und Tritium, verschmelzen zu einem schwereren Kern, etwa Helium. Fusion liefert die Energie der Sonne und verspricht auf der Erde eine nahezu unbegrenzte Energiequelle, weil der Brennstoff aus Wasserstoff gewonnen werden kann. Der Haken: Fusion erfordert Temperaturen von rund 100 Millionen Kelvin, damit sich die positiv geladenen Kerne trotz elektrischer Abstoßung (Coulomb-Barriere) nahe genug kommen. Experimente wie Tokamaks und Stellaratoren halten das Plasma daher magnetisch eingeschlossen. Ein verbreiteter Missverständnis ist, dass Fusionsreaktoren wie Kernkraftwerke explodieren können – das Brennstoffvolumen im Plasma ist dafür viel zu gering.

Warum setzen beide Prozesse Energie frei? Der Schlüssel ist der Massendefekt: Die Masse des Endprodukts ist geringer als die Summe der Ausgangsmassen. Die Differenz erscheint nach Einsteins Formel E = mc² als Energie. Entscheidend ist die Bindungsenergie pro Nukleon, die bei Eisen (Eisen-56) ihr Maximum erreicht. Kerne leichter als Eisen gewinnen Energie durch Fusion, Kerne schwerer als Eisen durch Spaltung – beide bewegen sich auf das Energiemimum bei Eisen zu. Deshalb fusionieren Sterne zunächst Wasserstoff zu Helium und enden, wenn kein Brennstoff mehr übrig ist, je nach Masse als Weißer Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzes Loch.