Kernspaltung versus Kernfusion

Kernspaltung und Kernfusion sind beide Kernphänomene, die große Mengen an Energie freisetzen, aber es sind unterschiedliche Prozesse, die unterschiedliche Produkte ergeben. Erfahren Sie, was Kernspaltung und Kernfusion sind und wie Sie sie voneinander unterscheiden können.

Kernspaltung

Kernspaltung findet statt, wenn sich ein Atomkern in zwei oder mehr kleinere Kerne aufspaltet. Diese kleineren Kerne werden Spaltprodukte genannt. Partikel (z. B. Neutronen, Photonen, Alpha-Partikel) werden üblicherweise ebenfalls freigesetzt. Dies ist ein exothermer Prozess, bei dem die kinetische Energie der Spaltprodukte und die Energie in Form von Gammastrahlung freigesetzt wird. Der Grund, warum Energie freigesetzt wird, ist, dass die Spaltprodukte stabiler (weniger energetisch) sind als der Elternkern. Die Spaltung kann als eine Form der Elementtransmutation angesehen werden, da die Änderung der Anzahl der Protonen eines Elements das Element im Wesentlichen von einem in ein anderes ändert. Die Kernspaltung kann auf natürliche Weise wie beim Zerfall radioaktiver Isotope erfolgen oder in einem Reaktor oder einer Waffe erzwungen werden.

Beispiel einer Kernspaltung: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁰₃₈Sr + ¹⁴³₅₄Xe + 3¹₀n

Kernfusion

Kernfusion ist ein Prozess, bei dem Atomkerne zu schwereren Kernen verschmolzen werden. Extrem hohe Temperaturen (in der Größenordnung von 1,5 x 10⁷° C) können Kerne zusammenpressen, so dass die starke Kernkraft sie binden kann. Beim Verschmelzen werden große Energiemengen freigesetzt. Es mag widersprüchlich erscheinen, dass Energie freigesetzt wird, wenn sich Atome aufteilen und wenn sie verschmelzen. Der Grund, warum Energie aus der Fusion freigesetzt wird, ist, dass die beiden Atome mehr Energie haben als ein einzelnes Atom. Es wird viel Energie benötigt, um Protonen nahe genug beieinander zu bringen, um die Abstoßung zwischen ihnen zu überwinden, aber irgendwann überwindet die starke Kraft, die sie bindet, die elektrische Abstoßung.

Bei der Verschmelzung der Kerne wird die überschüssige Energie freigesetzt. Wie die Spaltung kann auch die Kernfusion ein Element in ein anderes verwandeln. Beispielsweise verschmelzen Wasserstoffkerne in Sternen zum Element Helium. Fusion wird auch verwendet, um Atomkerne zusammenzudrängen, um die neuesten Elemente im Periodensystem zu bilden. Während die Verschmelzung in der Natur stattfindet, geschieht dies in Sternen, nicht auf der Erde. Fusion auf der Erde kommt nur in Labors und Waffen vor.

Beispiele für Kernfusionen

Die Reaktionen, die in der Sonne stattfinden, sind ein Beispiel für die Kernfusion:

¹₁H + ²₁H → ³₂Er

³₂Er + ³₂Er → ⁴₂Er + 2¹₁H

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + ⁰₊₁β

Unterscheidung zwischen Spaltung und Fusion

Sowohl die Spaltung als auch die Fusion setzen enorme Mengen an Energie frei. In Atombomben können sowohl Spalt- als auch Fusionsreaktionen auftreten. Wie kann man also Spaltung und Fusion voneinander unterscheiden??

• Die Spaltung zerlegt Atomkerne in kleinere Stücke. Die Ausgangselemente haben eine höhere Ordnungszahl als die Spaltprodukte. Beispielsweise kann Uran zu Strontium und Krypton spalten.
• Fusion verbindet Atomkerne miteinander. Das gebildete Element hat mehr Neutronen oder mehr Protonen als das Ausgangsmaterial. Beispielsweise können Wasserstoff und Wasserstoff zu Helium verschmelzen.
• Die Spaltung erfolgt natürlich auf der Erde. Ein Beispiel ist die spontane Spaltung von Uran, die nur dann auftritt, wenn genügend Uran in einem ausreichend kleinen Volumen vorhanden ist (selten). Auf der anderen Seite findet Fusion auf der Erde nicht auf natürliche Weise statt. Die Fusion erfolgt in Sternen.