Physik verstehen 4, Schulbuch

90 4 Die Anwendungen der Kernenergie 1. Was geschieht bei der Kernspaltung? 1910 entdeckte der österreichische Chemiker Carl Auer von Welsbach , dass stabile Elemente radioaktiv gemacht werden können. Er verfolgte diese Beobachtung aber nicht weiter. Neutronen waren damals noch nicht bekannt. Ab 1934 arbeitete Enrico Fermi daran, Uran mit Neutronen zu beschießen, um größere Atomkerne (Transurane) zu erhalten. 1938 entdeckten die deutschen Forscher Otto Hahn und Fritz Straßmann , dass bei der Bestrahlung von Uran-235mit Neutronen kleinere Atomkerne (zB Barium-140, Krypton-89) entstehen. Die österreichische Physikerin Lise Meitner lieferte im Jahr 1939 die Erklärung dazu: 2. Was ist eine unkontrollierte Kettenreaktion? Von einer Kettenreaktion sprechen wir, wenn die frei werdenden Neutronen weitere Atomkerne spalten. Dazu benötigt man vom spaltbaren Material eine bestimmte Mindestmenge, die kritische Masse . Bei Uran-235 sind das zB etwa 50 kg, bei Plutonium-239 etwa 10 kg. Die unkontrollierte Kettenreaktion (Abb. 90.3)  E1 Stelle Dominosteine so auf, dass ein Stein jeweils zwei andere umwerfen kann. Stößt du den ersten Stein an, werden in kurzer Zeit alle Steine fallen. Entfernst du dazwischen einige Steine (unterkritische Masse), wird die Kettenreaktion nicht vollständig ablaufen. Wird die kritische Masse überschritten, setzt die Kettenreaktion sofort ein. In Sekundenbruchteilen wird eine enorme Energiemenge abgegeben. Dies ist die Grundlage für den Bau von Kernwaffen (Nuklearwaffen). Ein Kern von Uran-235 wird durch die Aufnahme eines Neutrons in zwei kleinere Atomkerne („ Spaltprodukte “) gespalten. Dabei werden zwei oder drei Neutronen abgegeben. Außerdem wird eine große Menge an „ Kernenergie “ in Form von Bewegungsenergie der Bruchstücke, Wärme­ energie und ionisierender Strahlung frei. M V1 Bei einer Kettenreaktion spalten frei werdende Neutronen weitere spaltbare Atomkerne. Bei Kernwaffen findet die Kettenreaktion in kurzer Zeit unkontrolliert statt und hat folgende Auswirkungen: • Hitzeentwicklung (ca. 30 000 °C in der umgebenden Luft) • Druck- und Sogwelle durch Ausdehnung der Luft • radioaktiver Niederschlag ( Fallout , zB Spaltprodukte) M 90.1 Im Jahr 1978 entschied sich die österreichische Bevölkerung gegen den Betrieb von Kernkraftwerken. spaltbare Kerne U + + + n n3 Energie Spalt- produkte 235 92 1 0 1 0 Neutron frei werdende Neutronen Spaltprodukte 90.2 Bei der Kernspaltung entstehen Spaltprodukte, Energie und freie Neutronen, die weitere Atomkerne spalten können (Kettenreaktion). 90.3 Die unkontrollierte Kettenreaktion unterkritische Massen U-235 (gemeinsam kritisch) herkömmlicher Sprengstoff Zünder „Geschoß“ Ziel 90.4 Schema einer Atombombenzündung 90.5 Atombombentest am Bikini-Atoll im Jahr 1946 90.6 Friedensdenkmal in Hiroshima – im Gedenken an den 1. Atombombenabwurf  Arbeitsheft-Seite 46 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv