Wenn sich ein Atom in zwei Teile spaltet, entweder durch natürlichen Zerfall oder wenn es in einem Labor dazu angeregt wird, wird Energie freigesetzt. Dieser Vorgang wird als Spaltung bezeichnet. Er hat ein großes Potenzial als Energiequelle, ist aber auch mit einer Reihe von Sicherheits-, Umwelt- und politischen Bedenken verbunden, die seine Nutzung behindern können.
Definition der Kernspaltung
Ein Atom enthält Protonen und Neutronen in seinem zentralen Kern. Bei der Spaltung spaltet sich der Kern, entweder durch radioaktiven Zerfall oder weil er von anderen subatomaren Teilchen, so genannten Neutrinos, beschossen wird. Die dabei entstehenden Teile haben zusammen eine geringere Masse als der ursprüngliche Kern, wobei die fehlende Masse in Kernenergie umgewandelt wird.
Kontrollierte Kernspaltung tritt auf, wenn ein sehr leichtes Neutrino den Kern eines Atoms bombardiert und ihn in zwei kleinere, ähnlich große Kerne zerlegt. Bei der Zerstörung wird eine beträchtliche Energiemenge freigesetzt – bis zum 200-fachen der Energie des Neutrons, das den Vorgang ausgelöst hat – sowie mindestens zwei weitere Neutrinos.
Kontrollierte Reaktionen dieser Art werden zur Energiefreisetzung in Kernkraftwerken eingesetzt. Unkontrollierte Reaktionen können als Brennstoff für Kernwaffen dienen.
Radioaktive Spaltung, bei der der Kern eines schweren Elements spontan ein geladenes Teilchen aussendet, wenn er in einen kleineren Kern zerfällt, kommt nicht oft vor und wird nur bei schwereren Elementen durchgeführt.
Die Kernspaltung unterscheidet sich von der Kernfusion, bei der sich zwei Kerne zusammenschließen, anstatt sich zu trennen.
Die Entdeckung der Atomenergie
Im Jahr 1938 beschossen die deutschen Physiker Otto Hahn und Fritz Strassmann ein Uranatom mit Neutronen, um schwere Elemente herzustellen. Überraschenderweise spalteten sie das Atom in die Elemente Barium und Krypton auf, die beide wesentlich kleiner waren als das Uran, mit dem die beiden begonnen hatten. Bei früheren Versuchen hatten Physiker nur sehr kleine Teile eines Atoms abgetrennt, so dass das Paar über die unerwarteten Ergebnisse verwundert war.
Die in Österreich geborene Physikerin Lise Meitner, die nach dem Einmarsch Hitlers in ihr Land nach Schweden geflohen war, erkannte, dass bei der Spaltung auch Energie freigesetzt wurde. Sie arbeitete an dem Problem und stellte fest, dass bei der Spaltung mindestens zwei Neutronen für jedes Neutron, das eine Kollision auslöst, freigesetzt werden. Schließlich erkannten andere Physiker, dass jedes neu freigesetzte Neutron zwei separate Reaktionen auslösen kann, von denen jede mindestens zwei weitere auslösen kann. Ein einziger Aufprall konnte eine Kettenreaktion auslösen, bei der noch mehr Energie freigesetzt wurde.
Energie und Zerstörung
In einer intellektuellen Kettenreaktion begannen die Wissenschaftler die Möglichkeiten zu erkennen, die in der neuen Entdeckung steckten. In einem Brief an US-Präsident Franklin Roosevelt zu Beginn des Zweiten Weltkriegs, verfasst von dem ungarischen Physiker Leo Szilard und unterzeichnet von Albert Einstein, wurde darauf hingewiesen, dass diese Forschungen zum Bau einer Bombe epischen Ausmaßes verwendet werden könnten, und es wurde der Gedanke angesprochen, dass die Deutschen eine solche Waffe möglicherweise vor die amerikanische Haustür bringen könnten. Roosevelt stellte Geld für die amerikanische Forschung zur Verfügung, und 1941 wurde das Office of Scientific Research and Development mit dem Ziel gegründet, die Forschung für die Landesverteidigung einzusetzen.
Im Jahr 1943 übernahm das Army Corp of Engineers die Forschung zur Herstellung einer Atomwaffe. Das als „Manhattan-Projekt“ bekannte, streng geheime Unterfangen führte im Juli 1945 zum Bau der ersten Atombombe. Zwei weitere Atombomben wurden im Rahmen eines Militärschlags auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki eingesetzt.
Seitdem gilt die Atomforschung als äußerst sensibel. Das Wissen selbst ist nicht übermäßig komplex, aber die Materialien, die den Prozess finanzieren, sind wesentlich schwieriger zu beschaffen.
Am häufigsten wird die Kernspaltung zur Energieerzeugung in einem Kernkraftwerk verwendet. Bei diesem Prozess entsteht jedoch eine erhebliche Menge an Atommüll, der sowohl für den Menschen als auch für die Umwelt gefährlich sein kann. Gleichzeitig haben die Menschen oft Angst vor den Gefahren, die von Kernkraftwerken ausgehen können, und wollen sie nicht in ihrer Umgebung haben. Diese Probleme führen dazu, dass die Kernenergie nicht so populär ist wie konventionellere Methoden der Energiegewinnung, wie z.B. die Verwendung fossiler Brennstoffe.
In den 1960er Jahren untersuchte die US-Regierung die Möglichkeit, die Kernspaltung als Methode für den Raketenantrieb einzusetzen. Mit der Unterzeichnung des Vertrages über das begrenzte Verbot von Nuklearversuchen im Jahr 1963 wurde jedoch die oberirdische Explosion aller Kernwaffen verboten und damit die Tür für die Erprobung von Raketen mit Kernspaltungsantrieb zumindest vorübergehend geschlossen.
– Nola Taylor Redd, LiveScience Contributor
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