Kernspaltung

Physikalische Grundlagen der Kernspaltung

Nukleonen, also elektrisch neutrale Neutronen und positiv geladene Protonen, bilden zusammen die Atomkerne chemischer Elemente. Zusammengehalten werden die Nukleonen durch die Kernkraft, die als die stärkste der vier in der Natur auftretenden Kräfte (Gravitation, Kernkraft, schwache und elektromagnetische Kraft) gilt. Da Protonen die gleiche elektrische Ladung besitzen, stoßen sie sich gegenseitig ab. Diese sogenannten Coulombkräfte müssen durch stärkere Kernkräfte kompensiert werden, um zu verhindern, dass die Atomkerne instabil und folglich radioaktiv werden.

Bei der Nutzung von Kernenergie spielt das protonenreiche Uran-Isotop 235 eine zentrale Rolle. Das Uran-Isotop 235 hat die Besonderheit, dass es sich in zwei Atomkerne teilt, wenn man ihm ein weiteres Neutron hinzufügt. Das Ergebnis dieser Spaltung sind zwei positiv geladene Spaltkerne, die sich wegen der Coulombkraft gegenseitig abstoßen. Die dabei entstehende Bewegungsenergie sorgt für 80 bis 90 Prozent der Energie, die sich durch eine Kernspaltung freisetzen lässt. Neben den beiden Spaltkernen entstehen bei der Kernspaltung noch weitere zwei bis drei Neutronen. Diese spalten weitere Uran-Isotope 235, sodass noch mehr Neutronen und Energie freigesetzt werden.

Energiegewinnung mittels Kernspaltung

Bei der Kernspaltung wird Masse in Energie umgewandelt, und genau diese Umwandlung erzeugt Energie. Dabei ist die Kernspaltung eine sehr effiziente Methode zur Energiegewinnung. Wird beispielsweise ein Kilogramm des Uran-Isotops 235 gespalten, geht bei diesem Prozess ein Gramm an Masse verloren, welches im Zuge der Kernspaltung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Wendet man die Formel E=mc 2an, ergibt sich eine Energiemenge von 25 Millionen Kilowattstunden. Der Energiegewinn je Kilogramm Brennstoff ist bei der Kernspaltung somit 2,5 Millionen Mal höher als bei der Energiegewinnung durch die Verbrennung von Steinkohle.

Die Vorteile der Kernspaltung gegenüber anderen Methoden zur Energiegewinnung liegen auf der Hand. Da nur wenig Brennstoff zur Gewinnung großer Energiemengen benötigt wird, fallen auch die Kosten für den Abbau, die Verarbeitung und den Transport der Rohstoffe geringer aus. Außerdem produziert die Kernenergie elektrische Energie auf einem konstanten Niveau, sodass Preisschwankungen, wie sie bei Brennstoffen wie Erdöl üblich sind, verringert werden. Gewinnt man elektrische Energie mittels Kernspaltung und nicht mittels fossiler Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle, lässt sich zudem die Emission von schädlichen Gasen wie CO2 deutlich reduzieren.

Risiken der Kernspaltung

Obwohl die Kernspaltung eine äußerst effiziente Methode zur Energieerzeugung darstellt, wird sie wegen der damit verbundenen Risiken kritisiert. Die radioaktive Strahlung, die bei der Kernspaltung freigesetzt wird, ist für Menschen gefährlich, sodass entsprechende Schutzmaßnahmen zu treffen sind. Bereits geringe Strahlungsmengen können die Erbsubstanz in den Zellen verändern. Darüber hinaus können radioaktive Strahlungen zu Missbildungen bei Neugeborenen führen. Höhere Dosen radioaktiver Energie töten Zellen direkt ab. Um die Gefahren zu verringern, sind Kernkraftwerke mit speziellen Sicherheitseinrichtungen versehen. So soll beispielsweise eine mehrere Meter dicke Betonwand verhindern, dass im Unglücksfall radioaktive Strahlung in die Umgebung des Kernkraftwerks gelangt.

Der Transport und die Lagerung des Atommülls stellen für die Verantwortlichen eine große Herausforderung dar. Da von Reaktorbestandteilen und ausgebranntem Kernbrennstoff noch mehrere Tausend Jahre Strahlung ausgeht, ist eine besonders sichere Lagerung erforderlich.