Kernenergie 9e 2019/Physikalische Grundlagen

Kernspaltung

Ursachen

Induzierte Spaltung

Durch Beschuss von einem Atomkern mit nuklearen Teilchen kann eine Spaltung gezielt durchgeführt werden. Sind diese Atomkerne sehr schwer wie die von Uran 235 (²³⁵U) oder Plutonium 239 genügt der Beschuss mit relativ lagsamen Teilchen (z.B. Neutronen).

Spontane Spaltung

Sie stellt eine Art der Kernspaltung dar, bei der sich ein Kern spontan, d. h. ohne äußere Einwirkung – insbesondere ohne Neutronenbestrahlung – in zwei (selten mehrere) meist mittelschwere Kerne und einige Neutronen teilt.

Ablauf

Die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen (prompte-/verzögerte Neutronen) bleibt bei jeder Kernspaltung erhalten.

Wenn man, wie schon erwähnt Atomkerne mit z.B. mit Neutronen beschießt, um den Kern zu spalten wird zwischen zwei Fällen unterschieden.

Beim ersten Fall dem häufigsten Fall teilt sich der Stoff in zwei Atomkerne, diese nennt man Spaltfragment. Es sind viele verschiedene Nuklidpaare möglich. Meist entsteht ein leichteres (Massenzahl um 90) und ein schwereres Spaltfragment (Massenzahl um 140).

Beim zweiten Fall dem seltenen Fall kommt noch ein drittes Fragment vor (ternäres Fragment). Dies hat meistens eine sehr kleine Massenzahl (maximal 30).

Reaktionsbeispiel mit ²³⁵U

Eigenschaften von Uran

Grundreaktion:

Der Atomkern von ²³⁵U Wird mit einem Neutron beschossen.

Ausgangsstoffe:

Gesamtmasse: m = 236,0525879 u

Produkt:

Gesamtmasse: m = 253,8610141 u

Massenunterschied Δm = 0,191573776 u

Dieser Massenunterschied lässt sich durch den Massendefekt erklären.

Der Stoff Uran hat sich in diesem Beispiel in die Spaltfragmente Caesium, Rubidium und zwei Neutronen geteilt, welche die Reaktion fortsetzen (Kettenreaktion) geteilt.

Naturreaktor Oklo

Der Naturreaktor Oklo in der gabunischen Provinz Haut-Ogooue ist eine Uranlagerstätte, in der durch eine natürlich entstandene Urankonzentration eine nukleare Kettenreaktion auslöste.

Vor ca. 2 Mrd. Jahren entstandt diese hohe Urankonzentration.

Der natürliche Kernreaktor war etwa 500.000 Jahre lang aktiv und setzte bei einer thermischen Leistung insgesamt etwa zehn Tonnen Uran-235 (235U) und aus Uran-238 (238U) etwa vier Tonnen Plutonium-239 (239Pu). Da sich im Naturreaktor der natürliche Isotopenanteil von 235U zu diesem Zeitpunkt so weit reduziert hatte, dass die Bedingungen für selbsterhaltende Spaltungsprozesse (Kritikalität) nicht mehr gegeben waren.

Der zu geringe U-235 Gehalt hatte seine Ursache in dem Uranerz, Welches in Gabun abgebaut wurde. Das Erz hatte nur 0,7171% an manchen Stellen sogar noch viel weniger. Das war merkwürdig, denn nach allem was man bis dahin sagen konnte, ist alles Uran auf der Erde früher bei einer Supernova entstanden und hat überall den gleichen Gehalt von spaltbarem U-235. Nämlich 0,7202%. Außer in Oklo.

Geologische Voraussetzungen des Naturreaktors in der Oklo-Mine:

1. Reaktorzonen

2. Sandstein

3. Erzflöz

4. Granitstock

Quizz

Und hier noch ein kleines Rätsel.

Quellen

15.02.2019:
https://de.wikipedia.org/wiki/Naturreaktor_Oklo, 15.02.2019

http://scienceblogs.de/wasgeht/2015/05/04/oklo-ein-wirklich-alter-kernreaktor/, 15.02.2019