Kernspaltung und Kernfusion
Kern-/Teilchenphysik
Klasse 10, 12
- Wie funktioniert ein Kernkraftwerk – und wie die Sonne?
- Warum ist Fusion so schwer zu zähmen?
Schlau Fassung
Kernspaltung und Kernfusion
- Spaltung: Ein langsames Neutron spaltet U-235 in zwei Bruchstücke + 2–3 Neutronen + Energie (\(\approx 200\,\mathrm{MeV}\)) → Kettenreaktion möglich. Im Reaktor gesteuert (Moderator, Steuerstäbe), in der Bombe ungesteuert.
- Probleme der Kernenergie: radioaktiver Abfall (Endlagerung), Unfallrisiko (Tschernobyl 1986, Fukushima 2011); Vorteil: kein CO\(_2\) im Betrieb.
- Fusion: Leichte Kerne verschmelzen (D + T → He + n) – Energiequelle der Sonne. Auf der Erde nötig: 100–150 Mio. K Plasma, magnetischer Einschluss (Tokamak, ITER) – noch kein Kraftwerk im Betrieb.
Aufgaben
- Warum müssen die bei der Spaltung freiwerdenden Neutronen „gebremst“ werden (Moderator)?
Lösung
Langsame (thermische) Neutronen werden von U-235 viel wahrscheinlicher eingefangen – nur so läuft die Kettenreaktion mit Natururan-/LEU-Brennstoff. - Vergleiche Spaltung und Fusion: Brennstoff, Abfall, Sicherheit, Stand der Technik.
Lösung
Spaltung: Uran, langlebiger Abfall, Kettenreaktions-Risiko, etabliert. Fusion: Wasserstoffisotope (quasi unbegrenzt), kaum langlebiger Abfall, keine Kettenreaktion möglich, noch im Forschungsstadium.
Weiterführende Aufgaben
- Debatte: Sollte Deutschland wieder in Kernenergie einsteigen? Sammle je drei physikalisch fundierte Argumente pro und contra.