Die Energie der Atomkerne

Zwischen Faszination und Ablehnung

Die Energie der Atomkerne
Die Energie der Atomkerne; Bild copyright Adobe Stock No. 308439241

Die Energie der Atomkerne

Zwischen Faszination und Ablehnung

Albert Ein­stein for­mu­lier­te den Zusam­men­hang zwi­schen Ener­gie und Mas­se. Ener­gie ist gleich der Mas­se mal dem Qua­drat der Licht­ge­schwin­dig­keit. Die Ener­gie der Atom­ker­ne beruht auf die­sem Zusam­men­hang. Wir neh­men sie mit auf eine Rei­se in eine Welt, die alles im Inners­ten zusam­men­hält. Die star­ke Kern­kraft ist die stärks­te der bekann­ten Natur­kräf­te und sie sorgt dafür, dass Atom­ker­ne zusam­men­hal­ten und gleich­zei­tig eine extre­me Ener­gie­dich­te beinhalten.

„Nach unten gibt es noch viel Platz“ Richard Feynman

 

Inhaltsverzeichnis

  1. Die Ener­gie der Atomkerne
  2. Ener­gie­po­ten­zia­le der Kernspaltung
  3. Tech­no­lo­gien zur Ener­gie­ge­win­nung mit Kernspaltung
  4. Die Ener­gie der Son­ne durch Kern­fu­si­on und auf­kom­men­de Technologien
  5. Fort­set­zung folgt …

Mechanische Energie und Einführung in die Energieeinheiten

Wer kennt die­se Glei­chung nicht? Albert Ein­stein for­mu­lier­te den Zusam­men­hang zwi­schen Ener­gie und Mas­se. Ener­gie ist gleich der Mas­se mal dem Qua­drat der Licht­ge­schwin­dig­keit. Die Ener­gie der Atom­ker­ne beruht auf die­sem Zusam­men­hang. Wie­viel Ener­gie steckt also in einem Bar­ren Gold mit der Mas­se ein Kilo­gramm (kg)? Man könn­te sagen: Es kommt dar­auf an. Ener­gie kommt in ver­schie­de­nen For­men vor. Dies trifft auch für einen Bar­ren Gold sowie jeden ande­ren Stoff zu. Wir wer­den dar­auf ein­ge­hen. Das fol­gen­de Bei­spiel dient erst ein­mal dazu, Ener­gie­grö­ßen­ord­nun­gen begreif­bar zu machen.

Stel­len wir uns vor, beim Gra­ben eines Lochs in einem Meter Tie­fe auf einen Bar­ren Gold zu sto­ßen. Um das Gold zu ber­gen, muss Ener­gie auf­ge­wen­det wer­den. Die benö­tig­te Men­ge berech­net sich aus der auf­ge­brach­ten Kraft mul­ti­pli­ziert mit dem zurück­zu­le­gen­den Weg. Der Bar­ren wird ent­ge­gen der Erd­an­zie­hungs­kraft ange­ho­ben. Die dazu not­wen­di­ge Kraft ist gleich der Mas­se des Bar­rens (1 kg) mal die Erd­be­schleu­ni­gung. Die­se Beschleu­ni­gung drückt aus, dass ein vom Eifel­turm gewor­fe­ner Gegen­stand ohne Luf­trei­bung in jeder Sekun­de um rund 10 Meter (m) pro Sekun­de (s) schnel­ler wird (kurz: 10 m/s2). Die auf­zu­brin­gen­de Kraft beträgt also 10 kg m/s2. Phy­si­ker schrei­ben die­se Ein­heit in ver­kürz­ter Form als 10 New­ton (N). Die Mul­ti­pli­ka­ti­on der Kraft mit dem Weg zur Anhe­bung des Gold­bar­rens ergibt die auf­ge­wen­de­te Ener­gie. Für unser Loch mit ein Meter Tie­fe ist das Ergeb­nis 10 N mal 1 m, also 10 Nm (New­ton­me­ter).

Die ein­ge­setz­te Ener­gie ver­schwin­det nicht, denn ansons­ten wäre das Hei­lig­tum der Phy­sik, der Ener­gie­er­hal­tungs­satz, ver­letzt. Die Ener­gie steckt als poten­zi­el­le Ener­gie im Gold­bar­ren. Denn das Loch ist noch da und der Bar­ren kann wie­der fal­len gelas­sen wer­den. Dabei wirkt wie­der­um eine schon bekann­te Kraft auf das müh­sam gebor­ge­ne Gold, die Mas­se des Bar­rens mal die Erd­be­schleu­ni­gung. Schon Isaak New­ton for­mu­lier­te den Zusam­men­hang, dass die Kraft gleich der Mas­se mal eine auf die Mas­se wir­ken­de Beschleu­ni­gung ist. Der Bar­ren kann einen Meter tief fal­len. Sei­ne poten­zi­el­le Ener­gie wan­delt sich dabei in Bewe­gungs­en­er­gie, auch kine­ti­sche Ener­gie genannt, um. Ein Kilo­gramm Mas­se mal rund 10 Meter pro Sekun­den­qua­drat Erd­be­schleu­ni­gung mal einen Meter Fall­hö­he erge­ben eben­so 10 New­ton­me­ter kine­ti­sche Ener­gie. 

Chemische Energie und Umwandlung in mechanische Energie

Wenn es uns zu müh­sam ist, kann der Gold­bar­ren auch durch einen Mecha­nis­mus ange­ho­ben wer­den, der von einer Dampf­ma­schi­ne ange­trie­ben wird. Die Dampf­ma­schi­ne ver­brennt Koh­le und erzeugt Wär­me­en­er­gie. Durch deren Nut­zung kann die che­mi­sche Ener­gie der Koh­le in Bewe­gungs­en­er­gie der Dampf­ma­schi­ne umge­wan­delt wer­den. Aber die­se Maschi­ne wan­delt nicht die kom­plet­te che­mi­sche Ener­gie in nütz­li­che Bewe­gungs­en­er­gie um. Sie gibt auch Wär­me in die Umge­bung ab, die als nicht mehr nutz­ba­re Ener­gie in die Atmo­sphä­re ent­weicht. Eine sehr gute Dampf­ma­schi­ne besitzt einen Wir­kungs­grad von 20 Pro­zent. Somit wird fünf­mal so viel che­mi­sche Ener­gie benö­tigt, wie als mecha­ni­sche Arbeit zum Anhe­ben des Gold­bar­rens not­wen­dig sind; also 50 Nm. 

Nun benut­zen Tech­ni­ker im Zusam­men­hang mit Dampf­ma­schi­nen und Wär­me­en­er­gie nicht die Ein­heit Nm. Fünf­zig New­ton­me­ter ent­spre­chen 50 Joule. Den meis­ten Men­schen sind aber mit der Ein­heit Joule nicht so sehr ver­traut. Die ver­al­te­te Maß­ein­heit heißt Kalo­rie. Die­se Ein­heit ist bekannt als Grö­ße, wie­viel der mensch­li­che Kör­per auf­neh­men darf, um nicht dick zu wer­den. Bei wenig Bewe­gung rei­chen uns 2000 Kilo­ka­lo­rien am Tag. Dies sind zwei Mil­lio­nen Kalo­rien. Zum ein­ma­li­gen Anhe­ben des Gold­bar­rens um einen Meter genü­gen 50 Joule gleich 12 Kalo­rien, also 0,012 Kilo­ka­lo­rien. 

Wer Lust auf ein Expe­ri­ment hat, kann 120 Kilo­ka­lo­rien – also 120.000 Kalo­rien — zusätz­lich zum Grund­be­darf sei­nes Kör­pers essen. Die che­mi­sche Ener­gie die­ser Nah­rungs­men­ge ist zehn­tau­send Mal so groß, wie für einen Hebe­vor­gang benö­tigt wird. Der Wir­kungs­grad der Mus­keln beträgt rund 25 Pro­zent. Aber der Wir­kungs­grad der Ket­te von Nah­rungs­auf­nah­me, über Ver­dau­ung bis zur Umwand­lung gewon­ne­ner che­mi­scher Ener­gie durch Mus­keln in Bewe­gungs­en­er­gie beträgt nur rund 10 Pro­zent. Als Bewe­gungs­en­er­gie ste­hen somit nur 12.000 Kalo­rien gleich 5000 Joule und somit 5000 New­ton­me­ter zur Ver­fü­gung. Da der ein­fa­che Vor­gang zum Heben des Gold­bar­rens 10 Nm benö­tigt, kann mit der vor­ge­schla­ge­nen Nah­rungs­auf­nah­me der Bar­ren fünf­hun­dert Mal ange­ho­ben wer­den. Wenn sich der Expe­ri­men­ta­tor 24 Stun­den und damit 7440 Minu­ten Zeit lässt, reicht die zusätz­lich auf­ge­nom­me­ne Nah­rungs­men­ge für 500 Hebe­vor­gän­ge am Tag und somit unge­fähr einen Hebe­vor­gang je drei Minu­ten. Mit viel Kaf­fee über­win­det der Expe­ri­men­ta­tor even­tu­ell auch sei­ne Müdig­keit. 

Mit elektrischer Energie zu höherer Energiedichte

Nun kann aber auch ein effi­zi­en­te­rer Elek­tro­mo­tor den Hebe­me­cha­nis­mus antrei­ben. Des­sen Wir­kungs­grad liegt bei 80 Pro­zent, Es wird somit nur 12,5 Nm elek­tri­sche Ener­gie benö­tigt, um 10 Nm mecha­ni­sche Ener­gie zum Heben zu gewin­nen. Für elek­tri­sche Ener­gie wird eine wei­te­re Ein­heit unter der Bezeich­nung Watt­se­kun­den (Ws) genutzt. Ein New­ton­me­ter ent­spricht einer Watt­se­kun­de. Bes­ser bekannt ist uns aber vom Strom­zäh­ler zu Hau­se die Ein­heit Kilo­watt­stun­de (kWh). Da ein Kilo­watt Leis­tung 1000 Watt ent­spricht und eine Stun­de 3600 Sekun­den umfasst, sind 3,6 Mil­lio­nen Watt­se­kun­den gleich einer Kilowattstunde.

Die für den Elek­tro­mo­tor benö­tig­te Ener­gie in Höhe von 12,5 Nm ent­spricht 12,5 Watt­se­kun­den und umge­rech­net rund 0,0000035 kWh. Für 500 Hebe­vor­gän­ge des 1 kg schwe­ren Gold­bar­rens über einen Meter ana­log zum Mus­kel­an­trieb des Expe­ri­men­ta­tors sind somit unge­fähr 0,00175 Kilo­watt­stun­den not­wen­dig. Um den Bar­ren auf einen etwas ver­grö­ßer­ten Mont Ever­est von rund 10.000 Meter zu heben, wer­den 10.000 der­ar­ti­ger Hebe­vor­gän­ge benö­tigt. Mit zwan­zig mul­ti­pli­ziert ergibt dies den Ener­gie­be­darf von 0,035 Kilowattstunden.

Um in einem Koh­le­kraft­werk eine Kilo­watt­stun­de elek­tri­sche Ener­gie zu erzeu­gen, müs­sen unge­fähr 124 Gramm Stein­koh­le ver­brannt wer­den. Um nun das Gold auf den Mont Ever­est zu trans­por­tie­ren, wer­den 0,035 kWh elek­tri­sche Ener­gie und damit rund 4,3 Gramm Stein­koh­le benötigt.

Am Schluss mer­ken wir uns die Zah­len aus dem letz­ten Abschnitt sowie fol­gen­de Wer­te. Durch die Ver­bren­nung von 124 Gramm Stein­koh­le kann eine Kilo­watt­stun­de elek­tri­sche Ener­gie gewon­nen wer­den. Ein durch­schnitt­li­cher Haus­halt benö­tigt 3000 kWh im Jahr, was dem Äqui­va­lent von 372 kg Stein­koh­le ent­spricht. 30 Mil­lio­nen Haus­hal­te wür­den somit rein rech­ne­risch im Jahr unge­fähr 11 Mil­li­ar­den Kilo­gramm gleich 11 Mil­lio­nen Ton­nen Stein­koh­le benö­ti­gen. Dies betrifft nur die elek­tri­sche Ener­gie für Haus­hal­te. Dazu kommt der Ener­gie­be­darf für Wär­me und den Ver­kehr. In ähn­li­cher Grö­ßen­ord­nung liegt der Bedarf für Gewer­be und Indus­trie. 

Die große Energiemenge lauert ganz tief innen

Nun sind wir bereit für Ener­gie gleich Mas­se mal dem Qua­drat der Licht­ge­schwin­dig­keit. Wir haben bis­her nur poten­zi­el­le Ener­gie als Wir­kung der Gra­vi­ta­ti­on sowie elek­tri­sche Ener­gie und ihre bis­her vor­ran­gig genutz­te Quel­len aus che­mi­scher Ener­gie betrach­tet. Che­mi­sche Ener­gie resul­tiert aus Wech­sel­wir­kun­gen der Elek­tro­nen in der Atom­hül­le bei der Ver­bin­dung von Ato­men zu Mole­kü­len. Bei der Ver­bren­nung von Koh­le ver­ei­ni­gen sich bei­spiels­wei­se Koh­len­stoff­ato­me jeweils mit zwei Sauer­stoff­ato­men zu Koh­len­di­oxid. Die dabei ent­ste­hen­den Ver­bin­dun­gen in den Elek­tro­nen­hül­len die­ser Ato­me set­zen Ener­gie frei, indem che­mi­sche Ener­gie in Wär­me­en­er­gie umge­wan­delt wird. Die­se Wär­me­en­er­gie erhitzt Flüs­sig­kei­ten, die wie­der­um Tur­bi­nen und Strom­ge­ne­ra­to­ren in Bewe­gung setzen.

Ganz tief innen lau­ert aber die Ener­gie der Atom­ker­ne. Wenn wir uns ein Fuß­ball­sta­di­on vor­stel­len, bewe­gen sich die Elek­tro­nen eines Atoms um das Sta­di­on her­um. Der Atom­kern stellt in die­sem Maß­stab einen Steck­na­del­kopf auf dem Anstoß­punkt dar. So betrach­tet besteht ein Atom qua­si zu 99,99999 Pro­zent aus NICHTS, jeden­falls im Sin­ne von mas­se­be­haf­te­ten Tei­len. Mas­se besit­zen die um das Fuß­ball­sta­di­on krei­sen­den Elek­tro­nen sowie der kom­pak­te Atom­kern als Steck­na­del­kopf im Zen­trum des Nichts. Dazwi­schen wal­ten Fel­der mit Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen den Ele­men­tar­teil­chen des Atoms. Die im Atom­kern wal­ten­den Ener­gien wer­den nicht durch die Gra­vi­ta­ti­on oder die elek­tri­schen Wech­sel­wir­kun­gen der Atom­hül­le bestimmt, son­dern durch die soge­nann­ten star­ken Kern­kräf­te. Das größ­te Ener­gie­po­ten­zi­al fin­den wir im Atomkern.

Die Arti­kel­rei­he wen­det sich nicht an ein Fach­pu­bli­kum, son­dern beab­sich­tigt einer gro­ßen Brei­te von Lesern, die Ener­gie der Atom­ker­ne nahe­zu­brin­gen. Der Exper­te möge des­halb ver­zei­hen, wenn die Grund­la­gen der Kern­phy­sik im fol­gen­den Abschnitt ein wenig ober­flä­chig und sehr ver­kürzt wie­der­ge­ge­ben wer­den. 

Eine Kurzreise in den Atomkern

Begin­nen wir mit dem Che­mie­wis­sen aus der Schu­le. Die meis­ten Leser wer­den sich an das Peri­oden­sys­tem der Ele­men­te erin­nern. Es beginnt mit dem Ele­ment Was­ser­stoff, dass ein nega­tiv gela­de­nes Elek­tron in sei­ner Atom­hül­le sowie ein posi­tiv gela­de­nes Pro­ton im Atom­kern besitzt. In der Sum­me der gegen­sätz­lich gela­de­nen Elek­tro­nen und Pro­to­nen ist das Atom nach außen elek­trisch neu­tral. Als nächs­tes folgt das Ele­ment Heli­um mit zwei nega­tiv gela­de­nen Elek­tro­nen in der Atom­hül­le sowie zwei posi­tiv gela­de­nen Pro­to­nen und zwei Neu­tro­nen ohne Ladung im Atom­kern. Die jewei­li­ge Anzahl der Pro­to­nen im Atom­kern bestimmt die Ord­nungs­zahl eines Ele­men­tes; bei Was­ser­stoff also eins und bei Heli­um zwei. Das schwers­te, natür­lich vor­kom­men­de Ele­ment auf der Erde ist Uran mit der Ord­nungs­zahl 92, also 92 Elek­tro­nen in der Hül­le und 92 Pro­to­nen im Atom­kern. Ele­men­te mit höhe­rer Ord­nungs­zahl wur­den künst­lich erzeugt. Die Wis­sen­schaft­ler erreich­ten dabei schon die Ord­nungs­zahl 118.

Das Peri­oden­sys­tem der Ele­men­te bie­tet sehr viel Raum für Erzäh­lun­gen. Viel­leicht spä­ter. Uns inter­es­sie­ren hier nur die Fol­gen, wenn sich durch natür­li­che oder künst­li­che geschaf­fe­ne Reak­tio­nen die Ord­nungs­zahl ändert. Was geschieht, wenn Ele­men­te zu ande­ren Ele­men­ten mutie­ren; das heißt, wenn sich die Anzahl der Pro­to­nen im Atom­kern ändert? Wel­che Mög­lich­kei­ten für der­ar­ti­ge Ver­än­de­run­gen existieren?

Die schwache Kernkraft

Bevor auf uns die wirk­lich star­ke Kern­kraft war­tet, betrach­ten wir zunächst die schwa­che Kern­kraft oder auch schwa­che Wech­sel­wir­kung. Der Name beruht dar­auf, dass die dar­aus resul­tie­ren­den Kräf­te 10-Bil­lio­nen Mal schwä­cher als die elek­tro­ma­gne­ti­schen Kräf­te sind. Im Atom­kern sor­gen sie für Umwand­lungs­pro­zes­se, die für Zer­fäl­le ver­ant­wort­lich sind, die zur soge­nann­ten radio­ak­ti­ven Strah­lung füh­ren. Dazu gehö­ren posi­ti­ve und nega­ti­ve Beta-Strah­len. Beim Bet­ami­nus­zer­fall wer­den Elek­tro­nen frei­ge­setzt. Dage­gen pro­du­ziert der Betap­lus­zer­fall die Anti­teil­chen zu Elek­tro­nen, die posi­tiv gela­de­nen Posi­tro­nen. Um die­se Umwand­lung zu ver­ste­hen, muss­ten Phy­si­ker noch tie­fer in den Atom­kern ein­drin­gen. 

Pro­to­nen und Neu­tro­nen im Atom­kern sind nicht die kleins­ten Teil­chen. Inner­halb der Bestand­tei­le des Kerns fin­den sich die soge­nann­ten Quarks. Die Umwand­lung die­ser Quarks auf Grund­la­ge der schwa­chen Wech­sel­wir­kung ver­ur­sacht Radio­ak­ti­vi­tät auf Basis der Beta­strah­len. Der Begriff Strah­lung ist nicht ganz kor­rekt, da kei­ne elek­tro­ma­gne­ti­schen Strah­len son­dern Mate­rie­teil­chen als Elek­tro­nen und Posi­tro­nen ver­sen­det wer­den. Da sich der Atom­kern nach dem Teil­chen­ver­lust qua­si im Zustand der Auf­re­gung befin­det, wird die über­schüs­si­ge Ener­gie schluss­end­lich als Gam­ma­strah­lung abge­ge­ben. Die­se Ener­gie­ab­ga­be ist eine Form elek­tro­ma­gne­ti­scher Strah­lung als Wel­len mit sehr hoher Fre­quenz und damit sehr hoher Ener­gie. 

Wei­te­re Pro­zes­se der Ver­än­de­rung von Atom­ker­nen sind bekannt. Dazu gehört zum Bei­spiel die Alpha­strah­lung. Auch hier wer­den Mate­rie­teil­chen in Form von Heli­um­ker­nen aus zwei Pro­to­nen und zwei Neu­tro­nen abge­ge­ben. Wir wer­den aber auf die genann­ten Pro­zes­se der Ver­än­de­rung von Atom­ker­nen an die­ser Stel­le nicht ein­ge­hen. Die Auf­merk­sam­keit gilt vor­erst den Vor­gän­gen bei der Kern­spal­tung und bei der Kernfusion.

Die starke Kernkraft

Grundlagen

Bis­her fan­den die Gra­vi­ta­ti­ons­kraft, die elek­tro­ma­gne­ti­scher Kraft und die schwa­che Kern­kraft Erwäh­nung. Kom­men wir nun zur vier­ten, der heu­te bekann­ten Grund­kräf­te des Uni­ver­sums, die star­ke Kern­kraft oder auch star­ke Wech­sel­wir­kung. Sie ist die stärks­te der bekann­ten Natur­kräf­te und sie sorgt dafür, dass der Atom­kern zusam­men­hält. 

Bekannt­lich besteht der Atom­kern aus nicht gela­de­nen Neu­tro­nen sowie aus posi­tiv gela­de­nen Pro­to­nen. Teil­chen mit glei­cher Ladung sto­ßen sich aber ab. Zum Glück ist die star­ke Kern­kraft viel stär­ker als die elek­tro­ma­gne­ti­sche Kraft. Somit hal­ten die Pro­to­nen zusam­men. Gleich­zei­tig ist aber die Reich­wei­te der star­ken Kern­kraft viel gerin­ger als die Reich­wei­te der elek­tro­ma­gne­ti­schen Kraft. Somit haf­ten die Pro­to­nen im steck­na­del­gro­ßen Atom­kern in der Mit­te des Fuß­ball­sta­di­ons auf­grund der star­ken Kern­kraft zusam­men. Aber die das Sta­di­on umkrei­sen­den Elek­tro­nen in der Atom­hül­le blei­ben auf­grund der elek­tri­schen Absto­ßung auf Abstand und klum­pen nicht zusam­men. Die Natur­kräf­te ergän­zen sich in pas­sen­den Stär­ken, um die Bil­dung von Ato­men und somit die Nutz­bar­keit der Ener­gie von Atom­ker­nen über­haupt erst zu ermöglichen.

Wir kön­nen also fest­stel­len, dass Atom­ker­ne durch die star­ke Kern­kraft äußerst fest zusam­men­haf­ten. Um einen Atom­kern zu spal­ten oder zwei Atom­ker­ne zu ver­ei­ni­gen ist in der Regel sehr viel Ener­gie not­wen­dig. Bei der Erfor­schung der Atom­ker­ne fan­den sich aber zwei Vor­gän­ge, die mehr Ener­gie frei­set­zen als zur Aus­lö­sung der Vor­gän­ge auf­ge­wen­det wer­den muss­ten. 

Kernspaltung

Die Wis­sen­schaft­ler ent­deck­ten die­sen Ener­gie­über­schuss zunächst bei Atom­ker­nen mit hoher Ord­nungs­zahl, zum Bei­spiel Uran. Der Atom­kern von Uran kann bei einem Ener­gie­über­schuss durch ein Neu­tron in zwei ande­re Ker­ne, bei­spiels­wei­se in Kryp­ton und Bari­um plus wei­te­re frei­wer­den­de Neu­tro­nen, gespal­ten wer­den. Die­ser Pro­zess besitzt durch die frei­wer­den­den Neu­tro­nen einen selbst­ver­stär­ken­den Mecha­nis­mus. Er sorgt bei der Anwe­sen­heit von genü­gend Uran dafür, dass die Kern­spal­tung dau­er­haft wei­ter­läuft, das heißt zur kon­trol­lier­ten oder unkon­trol­lier­ten Ket­ten­re­ak­ti­on führt. Dabei kann ein Gramm rei­nes Uran mit 235 Pro­to­nen und Neu­tro­nen im Atom­kern (Uran-235) so viel Ener­gie frei­set­zen wie drei Ton­nen Stein­koh­le. Wenn also nach der Berech­nung im Abschnitt „Mit elek­tri­scher Ener­gie zu höhe­rer Ener­gie­dich­te“ 4,3 Gramm Stein­koh­le reich­ten, um ein Kilo­gramm Gold­bar­ren auf einen 10.000 Meter hohen Berg zu heben, kann mit der voll­stän­di­gen Spal­tung von Uran-235 eine Gold­men­ge von 700 Ton­nen auf den Berg trans­por­tiert werden.

Der nächs­te Arti­kel betrach­tet die Mög­lich­kei­ten der Kern­spal­tung unter dem Titel „Ener­gie­po­ten­zia­le der Kern­spal­tung und Technologien“.

Kernfusion

Bald ent­deck­ten die Wis­sen­schaft­ler auch den zwei­ten Vor­gang im Atom­kern mit Ener­gie­über­schuss im Zusam­men­hang mit der star­ken Kern­kraft – die Kern­fu­si­on. Wenn es gelingt, zwei Atom­ker­ne mit nied­ri­ger Ord­nungs­zahl, zum Bei­spiel zwei Atom­ker­ne von Was­ser­stoff mit­ein­an­der zu ver­ei­ni­gen, wer­den eben­so gewal­ti­ge Ener­gien auf Basis der hohen Ener­gie­dich­te im Atom­kern frei. Was­ser­stoff besitzt ein Elek­tron in der Atom­hül­le und ein Pro­ton im Atom­kern. Es kommt aber auch als soge­nann­ter schwe­rer Was­ser­stoff in wei­te­ren Vari­an­ten vor.

Phy­si­ker nen­nen die­se Vari­an­ten Iso­to­pe und gaben ihnen die Namen Deu­te­ri­um mit einem Pro­ton und einem Neu­tron im Atom­kern sowie Tri­ti­um mit einem Pro­ton und zwei Neu­tro­nen im Atom­kern. Ein mög­li­ches Ver­fah­ren zur Kern­fu­si­on nutzt Deu­te­ri­um. Die Ener­gie­quel­le der Son­ne war ent­deckt. Ein Gramm Was­ser­stoff kann so viel Ener­gie lie­fern wie zwölf Ton­nen Stein­koh­le. Damit kann bei voll­stän­di­ger Fusi­on der Atom­ker­ne von einem Gramm schwe­ren Was­ser­stoff eine Gold­men­ge von 2800 Ton­nen auf den 10.000 Meter hohen Berg trans­por­tiert werden.

Dabei wird aber viel weni­ger radio­ak­ti­ves Mate­ri­al erzeugt, das kei­ne lang­fris­tig anhal­ten­de Strah­lung abgibt, wie es bei bis­her ein­ge­setz­ten Tech­no­lo­gien der Kern­spal­tung der Fall ist. Eben­so besteht die Gefahr der Ket­ten­re­ak­ti­on und damit des hohen Risi­kos für gan­ze Regio­nen um Kern­kraft­wer­ke nicht. Die­se Aus­sa­gen wer­den wir im Arti­kel „Die Ener­gie der Son­ne durch Kern­fu­si­on und auf­kom­men­de Tech­no­lo­gien“ beleuch­ten. Blei­ben sie neu­gie­rig. 

 

Quel­len:

kei­ne

 

Die Ener­gie der Atom­ker­ne” — Lei­men / Hei­del­berg — 18. Okto­ber 2022

Andre­as Kieß­ling, ener­gy design

Über Andreas Kießling 96 Artikel
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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