Ein Gerät der Wissenschaft: Was passiert, wenn man ein Atom spaltet?

Jedes Atom hat einen Kern in seinem Zentrum. Der Kern besteht aus zwei Dingen, Neutronen und Protonen. Neutronen haben keine Ladung und Protonen haben positive Ladungen. Neutronen und Protonen zusammen werden als Nukleonen bezeichnet. Das sind die Hauptbestandteile, auf die wir uns konzentrieren, wenn wir über die Spaltung von Atomen sprechen, aber Atome haben auch Elektronen. Elektronen haben negative Ladungen und befinden sich nicht innerhalb des Kerns, sondern kreisen um ihn herum.

Was passiert, wenn man ein Atom spaltet?

Es ist eine bestimmte Menge an Energie erforderlich, um alle Nukleonen im Kern zusammenzuhalten. Man nennt das die Bindungsenergie. Wenn wir den Kern richtig belasten, ist die Bindungsenergie nicht groß genug, um alles zusammenzuhalten, und der Kern spaltet sich.

Um ein Atom zu spalten, wird ein Neutron mit der richtigen Geschwindigkeit auf den Kern geschossen. Unter den richtigen Bedingungen spaltet sich der Kern in zwei Teile und es wird Energie freigesetzt. Dieser Vorgang wird als Kernspaltung bezeichnet.

Die Energie, die bei der Spaltung eines einzigen Atoms freigesetzt wird, ist winzig. Wenn der Kern jedoch unter den richtigen Bedingungen gespalten wird, werden auch einige Streuneutronen freigesetzt, die dann weitere Atome spalten können, wodurch mehr Energie und mehr Neutronen freigesetzt werden und eine Kettenreaktion ausgelöst wird.

Durch diese Kettenreaktion vervielfacht sich die Anzahl der gespaltenen Atome und die Menge der freigesetzten Energie sehr schnell. Unter den richtigen Bedingungen kann innerhalb eines Sekundenbruchteils eine große Energiemenge freigesetzt werden, was zu einer Kernexplosion führt.

Kann jedes Atom auf diese Weise gespalten werden?

In der Theorie kann jedes Atom auf diese Weise gespalten werden, aber in der Realität spielt die Größe eine Rolle. Je kleiner der Kern ist, desto mehr Energie ist für die Spaltung des Atoms erforderlich. Atome mit größeren Kernen können auf diese Weise erfolgreicher gespalten werden

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Eisen ist ein sehr stabiles Element. Atome mit Kernen, die größer sind als die von Eisen, werden im Allgemeinen als groß genug für eine Kernspaltung auf diese Weise angesehen. In Wirklichkeit werden nur wenige Elemente verwendet, Uran ist das häufigste, das in Kernreaktoren eingesetzt wird.

Zweiteilung

Wenn das Atom gespalten wird, teilt es sich nicht exakt in zwei Hälften; Uran zum Beispiel hat 92 Protonen in seinem Kern. Ein Uranatom spaltet sich normalerweise in ein Kryptonatom (36 Protonen) und ein Bariumatom (56 Protonen). Dies wird als binäre Spaltung bezeichnet. In seltenen Fällen können Atome auch in drei gespalten werden, dann spricht man von ternärer Spaltung.

Wie sieht es mit der Spaltung eines Atoms im Weltraum aus?

Die NASA hat bereits einen Kernreaktor entwickelt, der im Weltraum arbeiten kann. Dieser kleine, kompakte Reaktor soll in der Lage sein, genug Energie (10 Kilowatt Strom) zu erzeugen, um mehrere durchschnittliche Haushalte 10 Jahre lang ununterbrochen mit Strom zu versorgen.

Obwohl noch nicht im Weltraum getestet, wurde diese Art von Energiesystem entwickelt, um es uns zu ermöglichen, weiter ins All zu reisen, weit über unsere derzeitigen Erkundungen zum Mond hinaus.