Bei der Kernspaltung (auch Fission genannt) wird Energie gewonnen, indem schwere Atome, beispielsweise Uran, in leichtere Atome wie Jod, Cäsium, Strontium, Xenon und Barium zerlegt werden. Bei der Kernfusion hingegen werden leichte Atome, zum Beispiel die zwei Wasserstoffisotope, Deuterium und Tritium, miteinander ´verschmolzen´, um das schwerere Atom Helium zu bilden. Bei beiden Reaktionen wird Kernenergie freigesetzt. In einem Kraftwerk wird diese Energie einem Dampferzeuger zugeführt, welcher Strom generiert.
Forschen für die
Energie der Zukunft
Kernfusion versus Kernspaltung
Kernspaltung und Kettenreaktionen
Alle derzeit existierenden Kernkraftwerke gewinnen aufgrund von Kernspaltung Energie. Die Spaltreaktion wird durch Neutronen ausgelöst, die vom Urankern absorbiert werden und zur Instabilität führen. Durch diese Instabilität zerfallen die Kerne auf unterschiedliche Weise, wodurch weitere Neutronen erzeugt werden, die wiederum auf weitere Urankerne treffen, diese instabil machen usw. Kennzeichnend für Kernspaltungen sind diese Kettenreaktionen, die zu unkontrollierbaren Prozessen führen können. Nukleare Unfälle können die Folge sein. Die heutigen Kernkraftwerke besitzen mehrere Sicherheitssysteme, um das System jederzeit kontrollieren zu können. Außerdem herrschen strengste Sicherheitsvorkehrungen, um das Ausufern von Kettenreaktionen zu unterbinden.
Fusion: von Natur aus sicher, aber schwierig in der Umsetzung
Im Gegensatz zur Kernspaltung ist die Kernfusion in einem Tokamak eine von Natur aus sichere Reaktion, denn die Gründe, die die praktische Umsetzung der Fusion bisher so schwierig gemacht haben, sind auch die, die sie so sicher machen! Die Faktoren, die eine Fusionsreaktion überhaupt erst ermöglichen, müssen sorgsamst im Gleichgewicht gehalten werden, da der Fusionsprozess äußerst empfindlich auf die herrschenden Bedingungen reagiert. Die Reaktion kann schlichtweg nicht stattfinden, wenn das Plasma zu heiß oder zu kalt ist, wenn es zu viel oder zu wenig Brennstoff gibt, wenn zu viele Verunreinigungen vorhanden sind oder wenn die Magnetfelder nicht richtig eingestellt sind, um die Turbulenz des heißen Plasmas kontrollieren zu können. Durch die vergleichsweise hohe Anzahl von Parametern befindet sich die Fusion immer noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, während mithilfe der Kernspaltung schon lange Strom erzeugt wird.
Bindungsenergie
Warum lassen sich manche Atomkerne spalten, während andere miteinander verschmelzen, um Energie freizusetzen? Der Grund liegt hauptsächlich darin, wie fest Protonen und Neutronen der entsprechenden Atomkerne zusammengehalten werden. Wenn eine Kernreaktion Kerne produziert, die enger aneinander gebunden sind als die Ausgangsprodukte, wird Energie durch Fusion erzeugt. Für die Spaltung gilt das Gegenteil.
Der Atomkern des Eisens mit 26 Protonen im Kern, weist eine der höchsten Bindungsenergien aller Atomkerne auf. Ab der Größe von Eisen wird durch Fusion keine Energie mehr freigesetzt. Man kann also Energie freisetzen, indem man leichtere Kerne, v.a. sehr leichte Kerne (etwa Wasserstoff mit nur einem Proton) miteinander verschmilzt, um größere Produkte zu erhalten oder aber indem man sehr große Kerne spaltet (zum Beispiel Uran mit 92 Protonen), um kleinere Produkte zu erhalten.
