Wie können Atomkerne gespalten werden? - Eine physikalische Erklärung

Wenn Sie sich fragen, wie Atomkerne gespalten werden können, müssen Sie zunächst verstehen, wie ein Atom aufgebaut ist.

Generelles über das Atom

• Atome sind mit die kleinsten Bausteine der Materie, die sich entgegen der früher angenommenen Meinung durch Zufuhr von Neutronen unter Energiefreisetzung spalten lassen.
• Die Hülle von Atomen besteht aus negativ geladenen Elektronen und umschließen jeweils die Atomkerne, welche aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen bestehen.
• Atome mit gleicher Anzahl an Elektronen und Protonen gehören zur gleichen Sorte eines chemischen Elements. Die Anzahl der Neutronen in den Atomkernen von Atomen des gleichen Elements kann jedoch unterschiedlich sein. Diese Neutronenanzahl wird in der Physik auch als Isotop des Elements bezeichnet.
• Die elektrische Ladung ermöglicht es den Elektronen auf den Atomhüllen, sich an mehrere Atomkerne zu binden, woraus ein Atomverband, ein Molekül, entsteht.
• Atome sind so klein, dass sie nur mit extremen Hilfsmitteln wie dem Rastertunnelmikroskop vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können.

So können Atomkerne gespalten werden

Neben der spontanen Spaltung von Atomkernen, welche ohne fremdes Zutun von alleine abläuft, können die Kerne auch gewollt gespalten werden. Man spricht in diesem Fall von einer induzierten Kernspaltung.

• Gerade Plutonium- und Uranisotope lassen sich besonders leicht spalten, wenn ihnen Neutronen zugeführt werden.
• Bei der Spaltung wird Energie freigesetzt, es handelt sich um eine exotherme Reaktion.
• Es gibt besonders schwere Atome, bei denen die Anzahl der Protonen im Kern sehr groß ist. Hier entspricht die Abstoßungskraft der positiv geladenen Protonen untereinander ungefähr der Anziehungskraft der sich auf der Hülle befindenden Elektronen, wodurch der Kern leicht instabil und somit leichter zu spalten ist.
• Andere Atomkerne haben deutlich weniger Protonen, als Elektronen auf der Außenhülle vorhanden sind. Diese Atome sind sehr stabil, hier müssen Sie Neutronen hinzufügen, um eine Spaltung zu ermöglichen.
• Geben Sie diesen Atomen Neutronen hinzu, dann werden diese Neutronen in die Atomkerne aufgenommen, wodurch hoch angeregte Zwischenkerne der Isotope mit einer nur sehr geringen Lebensdauer entstehen.
• In den meisten Fällen führt die Zugabe von Neutronen zu einer Spaltung, in den seltensten Fällen senden die Atomkerne ein Gammaquants aus und gehen so in einen festeren Kernzustand über, als er zuvor herrschte.

So läuft die Spaltung der Atomkerne bildlich ab

• Nach dem Eindringen des Neutrons in einen Atomkern beginnt dieser zu schwingen, wodurch er zunächst die Form einer Ellipse annimmt.
• Die Verformung nimmt weiter zu, bis der Kern beginnt, sich hantelförmig in der Mitte einzuschnüren.
• Als Letztes zerfällt der Atomkern in zwei Trümmerkerne und setzt gleichzeitig zwei bis drei Neutronen frei.