Kernfusion versus Kernspaltung Understand article

Übersetzt von Alois Regl. Kernfusion und Kernspaltung: beide setzen Energie frei, aber was ist der Unterschied und was sind die Folgen für die Stromerzeugung?

Bei der Kernspaltung gewinnt man Energie durch Spaltung schwerer Atome wie Uran in leichtere Atome wie Iod, Cäsium, Strontium, Xenon und Barium, um nur einige zu nennen.

Im Gegensatz dazu verschmelzen bei der Kernfusion leichte Atome wie beispielsweise zwei Isotope des Wasserstoffs isotopes, – Deuterium oder Tritium – zu schwererem Helium. Beide Reaktionen setzen Energie frei, die in einem Kraftwerk dazu genutzt wird, Wasser zu erhitzen, das eine Dampfturbine antreibt, die ihrerseits über einen Generator Strom produziert.

Links: Kernfusion. Leichte Atome verschmelzen und setzen dabei Energie frei.
Rechts: Kernspaltung. Schwere Atome werden gespalten und setzen dabei Energie frei.
EUROfusion

Kernspaltung und Kettenreaktion

Kernspaltung ist der Prozess, der sich derzeit in Atomkraftwerken abspielt. Es beginnt mit einem Uranatom, dessen Kern ein Neutronabsorbiert und dadurch instabil wird. Daraufhin zerfällt der Kern in einer von mehreren Varianten und produziert dabei mehr Neutronen, die ihrerseits wieder Uranatome treffen, diese instabil werden lassen und so weiter. Diese Kettenreaktion ist der Schlüssel zur Kernspaltung. Die Gefahr dabei ist, dass die Reaktion außer Kontrolle gerät und zu Nuklearunfällen führt. Heutzutage sind in konventionellen Kernkraftwerken Systeme installiert, die die Kettenreaktion abfedern (“moderieren”), sowie strikte Sicherheitsmaßnahmen, um zu verhindern, dass Kernbrennstoff in falsche Hände gerät.

Kernfusion: von Natur aus sicher, aber eine Herausforderung

Im Gegensatz zur Kernspaltung ist die Fusionsreaktion in einem sogenannten „Tokamak“ ein von Natur aus sicherer Prozess. Was die Kernfusion so schwierig macht, ist gleichzeitig auch die Gewährleistung für ihre Sicherheit. Es ist eine präzise austarierte Reaktion, die sehr empfindlich reagiert. Sie hört sofort auf, wenn das Plasma zu heiß oder zu kalt wird, wenn entweder zu wenig oder zu viel Brennstoff vorhanden ist, wenn zu viel Verunreinigung vorkommt, oder die Magnetfelder nicht exakt so sind, dass sie die Turbulenzen im heißen Plasma kontrollieren. Die Kernfusion ist daher immer noch im Stadium der Forschung, während die Kernspaltung bereits seit langem im Einsatz ist.

Bindungsenergie

Leichtere Atomkerne verschmelzen und setzen
dabei Energie frei. Ab dem Eisen kann keine Energie
mehr durch Kernfusion gewonnen werden
.
EUROfusion

Die Ursache dafür, dass manche Atome gespalten werden und dabei Energie freisetzen, während andere dies durch Fusion (Verschmelzung) erreichen, liegt darin, wie stark the Protonen und Neutronen gebunden sind. Wenn die bei einer Nuklearreaktion entstehenden Atomkerne stärker gebunden sind als die Originale, dann kann Energie durch Kernfusion gewonnen werden. Für Kernspaltung gilt das Gegenteil.

Es stellt sich heraus, dass Atomkerne von etwa der Größe des Eisens am stärksten gebunden sind. Eisen hat 26 Protonen im Kern. Daher kann Energie durch Spaltung sehr großer Kerne wie Uran mit 92 Protonen in kleinere Bestandteile gewonnen werden, oder durch Fusion sehr leichter Kerne wie Wasserstoff mit gerade einmal einem Proton zu schwereren Elementen.

Danksagung

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf „EUROfusion“ publiziert. 

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