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Kẹrn|spal|tung 〈f. 20; Kernphys.〉 Zerfall eines schweren Atomkerns in zwei Bruchstücke, entweder spontan od. aber durch Neutronenbeschuss od. eine ähnliche Energiezufuhr angeregt
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Kẹrn|spal|tung: meist durch Teilchenstoß bewirkte ↑ Kernreaktion schwerer Atomkerne, die dabei unter gleichzeitiger Emission von Gamma-Quanten u. Elementarteilchen in zwei mittelschwere Kerne zerfallen. Spontane K. (eigtl. Kernzerfälle) treten bei allen Nukliden mit Massenzahlen über 230 auf, z. B. 25298Cf → 14256Ba + 10642Mo + 410 n.
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Kẹrn|spal|tung, die (Physik):
(bes. durch äußere Einwirkung, z. B. durch schnelle Neutronen, durch energiereiche Gammastrahlen, [künstlich] verursachte) Zerlegung von Atomkernen unter Freisetzung extrem hoher Energiemengen:
die K. des Urans;
die Gewinnung radioaktiver Elemente durch K.
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Kernspaltung,
die Zerlegung eines Atomkerns in zwei Fragmente (Spaltprodukte), die ein durchschnittliches Massenverhältnis von etwa 2 : 3 aufweisen. Die Kernspaltung, die mit der Emission von Elementarteilchen wie Neutronen, Neutrinos, Betateilchen und Photonen verbunden ist, kann durch Zufuhr einer geeigneten Anregungsenergie erzwungen werden (induzierte Kernspaltung) oder bei schweren Kernen von selbst erfolgen (spontane Kernspaltung oder Spontanspaltung, bei natürlichen Kernen mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit). Bei der Spaltung werden infolge des Massendefektes etwa 10 % der gesamten Kernbindungsenergie, d. h. bei schweren Kernen etwa 120 bis 200 Mio. Elektronenvolt (MeV) als kinetische Energie der Bruchstücke und als Gammastrahlung frei. Eine induzierte Kernspaltung kann durch Absorption eines Neutrons, aber auch eines energiereichen Protons, Deuterons beziehungsweise anderen energiereichen Teilchens oder eines Photons (Photospaltung) herbeigeführt werden. Die Spaltprodukte sind meist radioaktiv, da sie im Allgemeinen einen erheblichen Neutronenüberschuss besitzen, den sie durch ein- oder mehrfachen Betazerfall ausgleichen. Ihre Massenverteilung ist unsymmetrisch und hat zwei Maxima.
Bei der Kernspaltung werden im Allgemeinen zwei oder drei schnelle Neutronen (Spaltneutronen) mit einem hohen Anteil an niederenergetischen Neutronen frei. Hierdurch sind bei Nukliden, die auch mit langsamen Neutronen gespalten werden können (Spaltstoffe), die Voraussetzungen für eine Kernkettenreaktion gegeben. Da nicht sämtliche Spaltneutronen sofort als prompte Neutronen freigesetzt werden, sondern zum Teil erst nach mehreren Sekunden über den Zerfall von Spaltprodukten als verzögerte Neutronen, lässt sich eine kontrollierte, d. h. steuerbare Kettenreaktion einleiten und aufrechterhalten. Dies ermöglicht die Ausnutzung der Kernspaltung zur Gewinnung von Kernenergie in Kernreaktoren.
Von den natürlichen Nukliden wird nur das im Natururan vorkommende Isotop Uran 235 durch langsame Neutronen gespalten; das Isotop U 238 hingegen ist nur durch Neutronen mit Energien von mehr als 1 MeV spaltbar und wandelt sich bei Anlagerung eines langsamen Neutrons in ein Isotop der Atommasse 239 um, das seinerseits nach der Emission von zwei schnellen Elektronen in Plutonium 239 übergeht; dieses kann durch langsame Neutronen gespalten werden. Das Gleiche gilt für den aus Thorium 232 durch Neutronenanlagerung über zwei Betazerfälle hinweg entstehenden Urankern 233.
U 233, U 235 und Pu 239 dienen als Spaltstoffe beziehungsweise Kernbrennstoffe in Kernreaktoren zur Energieerzeugung oder als Spaltmaterial in Kernwaffen zur zerstörenden Explosion. Die aus der Spaltung von 1 g U 235 frei werdende Energie beträgt 2,2 · 104 kWh; dies entspricht der Sprengkraft von 20 t TNT (Trinitrotoluol). - Mit höherer Neutronenenergie sind nicht nur alle Uran- und Thoriumkerne und alle weiteren Transurane spaltbar, sondern bei geeigneter Energiezufuhr durch Stoßprozesse beliebiger Art (Alphateilchen, Deuteronen, Protonen, Neutronen, Photonen) sogar ganz stabile Kerne wie die von Wismut und Blei.
Am Schwerionenbeschleuniger UNILAC der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH wurde 1979 beim Beschuss von Urantargetkernen mit auf hohe Energie beschleunigten Uranionen erstmals eine Kernspaltung beobachtet, die allein durch die starken elektrischen Kräfte zwischen den beiden Teilchen mit hoher Kernladungszahl eingeleitet wurde. Dieser als Coulomb-Spaltung bezeichnete Prozess tritt dann ein, wenn die beiden Kerne so nahe aneinander vorbeifliegen, dass eine Wechselwirkung ohne Austausch von Nukleonen auftritt. Durch die hohen abstoßenden elektrischen Coulomb-Felder der Kernladungen werden sehr viele Nukleonen in den Kernen direkt und gleichzeitig angeregt. Die damit verknüpfte Deformation des Kerns kann schließlich zur Spaltung führen.
Die Kernspaltung wurde 1938 von O. Hahn und F. Strassmann beim Beschuss des Elements Uran mit langsamen Neutronen entdeckt (veröffentlicht 1939). Die Vorgänge bei der Kernspaltung sind im Einzelnen sehr komplex, und eine befriedigende, alle Phänomene erklärende Theorie steht noch aus. Eine prinzipielle Erklärung der Kernspaltung ist mithilfe des Tröpfchenmodells möglich.
Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
Kernkraftwerk: Energieerzeugung durch Kernspaltung
Kernreaktor: Kernspaltung als Kettenreaktion
Kernspaltung: Der Weg zur Atombombe
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Kẹrn|spal|tung, die (Physik): (bes. durch äußere Einwirkung, z. B. durch schnelle Neutronen, durch energiereiche Gammastrahlen, [künstlich] verursachte) Zerlegung von Atomkernen unter Freisetzung extrem hoher Energiemengen: die K. des Urans; die spontane K. geschieht ohne äußere Einwirkung; die Gewinnung radioaktiver Elemente durch K.
Universal-Lexikon. 2012.