Exotherme Kernumwandlungen Welche Fusions- bzw. Spaltungsprozesse laufen exotherm, d.h. unter Energiefreigabe, ab?
Die Bindungsenergie pro Nukleon zeigt uns, welche Kernumwandlungsprozesse exotherm, d.h. unter Abgabe von Energie ablaufen. Dies ist immer dann der Fall, wenn die mittlere Bindungsenergie pro Nukleon steigt. Wir unterscheiden zwei Fälle:
- Verschmelzung von Kernen (Kernfusion): Diese verläuft nur für Kerne, die kleiner als Eisen sind, exotherm.
Besonders effektiv, d.h. mit besonders großer Freisetzung von Energie, ist dabei die Verschmelzung von zwei Deuteriumkernen zu Helium. Aber auch die Verschmelzung von zwei Heliumkernen zu einem Berilliumkern oder von zwei Lithiumkernen zu einem Kohlenstoffkern verläuft exotherm.
- Kernspaltung: Diese verläuft nur für Kerne, die größer als Eisen sind, exotherm.
Insbesondere gilt dies für besonders große Kerne wie Uran, die sich in zwei deutlich kleinere Kerne umwandeln. Dieser Prozess wird in Kernreaktoren (Atomkraftwerken) ausgenutzt.
Wir müssen noch einige Besonderheiten beachten:
- Die oben gemachten Aussagen gelten u.U. nicht mehr, wenn die Eisengrenze beim Umwandlungsprozess überschritten wird, z.B. wenn zwei Kerne knapp unter der Massenzahl von Eisen zu einem Kern mit höherer Massenzahl als Eisen verschmelzen, oder wenn ein Kern mit nur wenig höherer Massenzahl als Eisen gespalten wird.
- Offenbar ist ein Heliumkern unter den kleinen Atomkernen besonders stabil. Dies erklärt, warum es bei großen Atomkernen besonders häufig zu einem Alphazerfall kommt um sich zu verkleinern. Eine Abspaltung eines Lithiumkernes o.ä. wäre zwar auch denkbar aber aufgrund der weniger großen Stabilität wesentlich unwahrscheinlicher.
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