Kernenergie

Kernenergie ist eine nicht fossile Energieform, wobei die Energie durch Spaltung eines Atomkerns (Kernspaltung) oder durch Zusammenschmelzen von zwei Atomkernen (Kernfusion) entsteht.

Kernspaltung

Jeder Stoff besteht aus Millionen kleiner Teilchen, die man Atome nennt.  Ein Atom besteht aus einem Kern aus Protonen und Neutronen.  Diese Teilchen sind durch starke Kernkraft gebunden.  Es kostet viel Energie sie zu trennen.  Um den Kern fliegen noch andere Teilchen, die Elektronen.

Alle Atome eines chemischen Elements (beispielsweise Eisen, Sauerstoff, Uran, Plutonium,…) haben dieselben chemischen Eigenschaften. Atome können jedoch unterschiedliche Masse haben.  Die Atome desselben chemischen Elements mit verschiedenen Massen nennt man Isotope.
Diese Isotope haben verschiedene physische Eigenschaften.  So kann das Uranisotop mit der Massenzahl 235 von einem langsamen Neutron gespalten werden, während das Uranisotop mit der Massenzahl 238 nicht auf diese Art und Weise gespalten werden kann.

Bei der Kernspaltung spritzt ein Uranatom in Stücken auseinander, nachdem es ein Neutron absorbiert hat. Beim Auseinanderfallen des Kerns entsteht viel Wärme (Energie). Sie entsteht dadurch, dass die Kernteilchen (Protonen und Neutronen) in den neu gebildeten kleineren Atomen stärker gebunden sind als in den Uranatomen.  Die höhere Bindungsenergie kommt in Form von Wärme und Strahlung frei. Das nennt man Kernenergie.

Wenn der Kern auseinanderfällt, entstehen zwei neue Kerne und zwei oder drei einzelne Neutronen. Die einzelnen Neutronen fliegen herum und können selbst wieder Uranatome spalten. Das nennt man eine Kettenreaktion.

Uran ist der einzige Stoff für Kernspaltung, der in der Natur vorkommt.  Die Uranisotope 235 und 233 kommen für Kernspaltung in Betracht.  In einem Kernreaktor können auch die künstlich hergestellten Stoffe gespalten werden.

Anwendung der Kernspaltung

Die bekannteste Anwendung der Kernspaltung ist die Speicherung der Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht.  Kernspaltung findet in einem Kernreaktor statt.

Die Wärme, die durch die Kernspaltung in Kernreaktoren entstanden ist, kann man verwenden für:

  • die Produktion von Elektrizität;
  • die Entsalzung von Meereswasser;
  • als Antrieb von Atom-U-Booten;
  • als Antrieb von Eisbrechern;
  • als Antrieb von Raumschiffen;
  • Stadtheizung.

Neben der Wärme können auch die Spaltungsprodukte, die Stoffe, die durch Kernspaltung entstanden sind, für allerlei Anwendungen verwendet werden. In einigen dafür ausgerüsteten atomaren Untersuchungsreaktoren werden Spaltungsprodukte durch Kernspaltung hergestellt, die anschließend in einem Labor als medizinische oder industrielle Radio-Isotopen industrialisiert werden.  Medizinische Radio-Isotopen werden zur Diagnose oder Behandlung in den Körper des Patienten gespritzt.  Radio-Isotopen können auch in der Industrie oder Landwirtschaft eingesetzt werden.  Beispielsweise zum Ermitteln von Lecks, zum Sterilisieren von Werkzeugen oder Sterilisieren von landwirtschaftlichen Produkten.

Radio-Isotopen wurden früher auch in Branddetektoren, Blitzableitern oder leuchtenden Uhren verwendet

Kernfusion

Kernfusion ist das Zusammenschmelzen von Atomkernen zu einem neuen Kern. Das ist nicht einfach, da Atomkerne eine gleichartige Ladung haben.  Dadurch stoßen sich die Kerne ab, was eine mögliche Zusammenschmelzung oder Fusion erschwert. 
Es ist jedoch möglich Fusionsreaktionen zu erzeugen, wenn man den Kernen ausreichend Energie mitgibt, damit sie die Abstoßung überwinden. Wenn mehr Energie freikommt, als zum Zusammenschmelzen nötig war, hat man eine rentable Kernfusion.

Kernfusion ist ein Prozess, der auch in der Sonne stattfindet.  Das Energieproduktionssystem der Sonne kann jedoch auf der Erde nicht simuliert werden, da es bei extrem hohen Temperaturen (ungefähr 15 Millionen Grad) und extrem hohen Drücken stattfindet.

Einer der Rohstoffe der Kernfusion ist Deuterium (ein Isotop von Wasserstoff), das aus Meerwasser gewonnen werden kann.

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