111 31 Die größte Explosion aller Zeiten In Atomkernen steckt unfassbar viel Energie. Aus 1 kg Uran-235 kannst du durch Kernspaltung so viel Energie freisetzen, wie aus rund 2 Millionen Litern Erdöl durch Verbrennung ( A 2 ). In einen Tanklaster wie in B 31.5 passen 25.000 l Öl. Man bräuchte 80 solcher Tankwagen, um auf die Energie zu kommen, die in bloß 1 kg Uran-235 steckt. Das ist unfassbar! B 31.5 80 solcher Tanklaster sind nötig, um auf die Energie zu kommen, die in 1 kg Uran-253 steckt. Aber wie wird eine Kernspaltung ausgelöst und was passiert dabei ( A 6 )? Wenn ein Neutron auf Uran-235 trifft, dann wird dieses instabil und zerfällt in zwei leichtere Kerne. Von den vielen Möglichkeiten ist in B 31.4 eine dargestellt. In B 31.9 (S. 112) kannst du noch andere Möglichkeiten sehen. Bei einer Kernspaltung werden auch immer weitere Neutronen frei. Der springende Punkt ist, dass die Spaltprodukte in Summe verblüffenderweise eine geringere Masse haben als der ursprüngliche Kern (B 31.6). B 31.6 Uran-235 + ein Neutron (linke Seite) haben eine größere Masse als Cäsium-137 + Rubidium-96 + 3 Neutronen (rechte Seite). Die fehlende Masse steckt in der freiwerdenden Energie. Und das bringt uns zur berühmtesten Formel der Welt: E = mc2 ( A 5 ). E steht für Energie, m für Masse und c für die Lichtgeschwindigkeit. Energie ist also, laut Einstein, Masse mal Lichtgeschwindigkeit hoch 2. Was bedeutet das? Energie hat Masse und Masse hat Energie!!! Und diesen Effekt nutzt man bei der Kernspaltung aus. Wir haben ja gerade festgestellt, dass die Spaltprodukte in Summe weniger Masse haben. Wenn 1000 g Uran-235 vollkommen gespalten werden, hast du nur mehr 999 g leichtere Kerne! Abgefahren! Wo steckt das fehlende Gramm? 235 92 U 137 55Cs 96 37Rb 1000 g U-235 999 g leichere Kerne + Energie Masse Energie = Die fehlende Masse steckt gewissermaßen in der Energie, und zwar konkret in der ungeordneten Bewegungsenergie der Spaltprodukte, also in der Wärmenenergie. Kurz: Durch Kernspaltung entsteht eine unglaubliche Hitze. Rechnen wir nach, wie viel Energie in diesem fehlenden Gramm steckt. Die Lichtgeschwindigkeit c hat den Wert 3 · 108 m/s. Ein Gramm sind umgerechnet 0,001 kg. Im fehlenden Gramm stecken also 0,001 kg · (3 · 108 m/s)2 = 90 · 1012 J an Wärmeenergie. 90 Billionen Joule! Unfassbar! B 31.7 Ein Kernkraftwerk ist im Prinzip ein Wärmekraftwerk: Die Hitze, die durch die Kernspaltung erzeugt wird, betreibt eine Turbine, die wiederum Strom erzeugt. Diesen Effekt der Energiefreisetzung nutzt man in Kernkraftwerken aus (B 31.7 und B 31.8). In den stabförmigen Brennelementen befindet sich U-235, das zu leichteren Kernen zerfällt und gewissermaßen als Treibstoff dient. Mit der freiwerdenden Energie wird Wasser erhitzt, das dann eine Turbine betreibt. Atomkraftwerke sind im Prinzip Wärmekraftwerke (B 27.25, S. 69). Der Strom wird also nicht durch Radioaktivität erzeugt, wie oft geglaubt wird ( A 1 ). Diese ist nur ein sehr unangenehmer und gefährlicher Nebeneffekt von schweren, spaltbaren Kernen. Stromnetz Generator Fluss Pumpe Reaktor Brennelemente Primärkreislauf Sekundärkreislauf Kühlkreislauf Reaktordruckbehälter Kondensator Wärmetauscher Kühlturm Turbine Äußere Hülle Regelstäbe B 31.8 Blick von oben in einen Versuchsreaktor: Die Brennelemente befinden sich im Wasser. Im Betrieb entsteht immer ein typisches blaues Leuchten. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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