LK Physik 13 Kernphysik - am Werdenfels-Gymnasium

KAPITEL 5. KERNREAKTIONEN 49
zweistufiger Prozess, ablaufen kann (berechne die angegebenen Q-Werte als Aufgabe):
2 D + 2 D −→ 3 He + n + 3,27 MeV (5.4.1)
2 D + 3 He −→ 3 He + p + 18,35 MeV (5.4.2)
oder zusammengefasst: 3 2 D −→ 4 He + p + n + 21,6 MeV (5.4.3)
2 D + 2 D −→ 3 T + p + 4,03 MeV (5.4.4)
2 D + 3 T −→ 3 He + n + 17,59 MeV (5.4.5)
oder zusammengefasst: 3 2 D −→ 4 He + p + n + 21,6 MeV (5.4.6)
Bei der Fusion von 1 kg Deuterium wird die Energie
W = 1 1 kg
·
3 2 u · 21, 6 MeV = 3,47 · 1014 J (5.4.7)
frei, was der Sprengkraft von 87 Millionen kg TNT entspricht.
Zum Vergleich die Energie, die bei der Spaltung von 1 kg eines schweren Isotops ungefähr frei
wird:
1 kg
W ≈ 200 MeV ·
240 u = 8 · 1013 J (5.4.8)
Bis auf die Kernenergie (Kernspaltung) und die Energie aus Gezeitenkraftwerken (Ausnutzung
der potentiellen und kinetischen Energien des Systems Erde-Sonne-Mond) ist jede vom Menschen
genutzte Energie ursächlich auf die Sonnenenergie und damit auf Kernfusion zurückzuführen.
Der Mensch nutzt die Kernfusion bisher leider nur in der Fusionsbombe (Wasserstoffbombe,
H-Bombe), bei der eine ” kleine“ Spaltungsbombe als Zünder verwendet wird, um die nötigen
Temperaturen für die Fusion zu erzeugen. An der friedlichen Nutzung der Fusion arbeitet man
schon Jahrzehnte, aber die technischen Schwierigkeiten sind immens. Als Brennstoff für die
Fusion stände uns Deuterium in Form von schwerem Wasser (D2O) fast uneingeschränkt zur
Verfügung (0,015 % des gesamten Wasserstoffs).
Die abgebrannten Brennstäbe aus Spaltungsreaktoren enthalten hunderte radioaktiver Spaltpro-
dukte, die die Nachwelt auf Jahrtausende belasten. Bei der Fusion dagegen ist das Endprodukt
das ungefährliche Helium, aber ganz so sauber ist ein Fusionsreaktor auch nicht: Die freigesetzten
Neutronen rufen in den Wänden des Reaktors Kernreaktionen hervor, die das vorher harmlose
Material in radioaktive Substanzen verwandeln.
Wenn das ganze Geld und Knowhow, das bisher in die Kernenergie gesteckt wurde, zur Erfor-
schung alternativer Energien (effektive Solarzellen und Batterien, Brennstoffzellen) verwendet
worden wäre, stände uns gewiss schon eine funktionierende, rentable und saubere Energiequelle
zur Verfügung.