Physik Referat über die Entdeckung der Kernspaltung

Hi Leute muss in Physik ein Referat über die Entdeckung der Kernspaltung machen. Habe davon allerdings keine Ahnung. Wisst ihr vielleicht irgend eine Website oder ähnliches, wo dieses Theama gut und knapp erklärt ist? Wäre nett.

Answer 1

[SlowPhil]

Hallo @jomme,
wie viel keine Ahnung hast Du denn? Um den Begriff der Kernspaltung zu verstehen, muss man natürlich wissen, was ein Atomkern überhaupt ist.

Dass Materie aus Atomen besteht, wurde schon im Altertum vermutet, allerdings von Außenseitern wie Demokrit von Abdera.

Der englische Naturforscher John Dalton (1766-1844) glaubte aufgrund einiger Befunde aus der Chemie, dass es Atome tatsächlich existieren, und hielt sie für "aus einem Guss". Mit wachsendem Wissen über Elektrodynamik und der Entdeckung des Elektrons wandelte sich dieses Bild, und das Modell der harten Kugeln wurde durch das einer Art Plumpudding mit den Elektronen als Rosinen im (positiv geladenen) Teig ersetzt.

Atomkern

Erst 1911 entdeckte Ernest Rutherford, dass die positive Ladung und fast die gesamte Masse des Atoms in einem Kern konzentriert ist, dessen ungefährer Radius (Auf kleinen Skalen gibt s keine scharfe Begrenzungen, da, wie man kurze Zeit später herausbekommen hat, "Teilchen" Wellencharakter haben) etwa 10⁵ mal kleiner ist als der ungefähre Radius eines typischen Atoms. Das hat Folgen, auf die ich später zurückkomme.

Aufbau des Atomkerns

Der Atomkern besteht aus mindestens einem Proton (Wasserstoff). Die Zahl der Protonen entscheidet darüber, zu welchem Element das Atom gehört. Sind es mehrere, so gehören zum Atom noch Neutronen, die, wie der Name besagt, elektrisch neutral sind und etwas mehr Masse haben als die Protonen. Verschiedene Nuklide (Kernsorten) mit derselben Anzahl Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen, heißen verschiedene Isotope eines bestimmten Elements. Die Bindung der Protonen und Neutronen aneinander beruht auf der Starken Wechselwirkung, die auch die elektrische Abstoßung der Protonen bei Weitem übertrifft.

Radioaktivität

Je nachdem, wie der Kern gebaut ist, kann er stabil oder radioaktiv sein, d.h. sich unter Aussendung von schnellen Elektronen (β-Teilchen) oder Helium-Atomkernen (α-Teilchen, aus 2 Protonen und 2 Neutronen) und oft auch unter der Abgabe hochenergetischem Licht (γ-Strahlung) zum Loswerden überschüssiger Energie in einen anderen umwandeln. Das leichteste Radionuklid ist Tritium, ein Isotop des Wasserstoffs mit zwei Neutronen; es wandelt sich durch Betastrahlung. Sehr schwere Elemente wie Uran haben keine stabilen Isotope mehr und sind meist Alphastrahler.

Nuklearreaktionen

Radioaktivität gehört zu den Atomkern- oder Nuklearreaktionen. Schon aufgrund der Tatsache, dass der Atomkern wie erwähnt ca. 10⁵ Mal kleiner ist als die Atomhülle aus Elektronen, sind die Energien, die bei derartigen Reaktionen frei (oder gebraucht) werden, um einen ähnlichen Faktor höher als etwa bei Verbrennungen, bei denen die Hüllen umgruppiert werden. Das kann man sich anhand der Formel Φ = q/4πε₀r, namentlich Φ ∝ 1/r, für das von einer mit der elektrischen Ladung q geladene Kugel im Abstand r erzeugte elektrische Potential klarmachen.

Kernspaltung

Manche schweren Atomkerne werden durch Anlagerung von Neutronen derart instabil, dass sie in zwei leichtere zerbrechen. Dabei werden erhebliche Mengen an Energie frei, und oft auch weitere Neutronen, die weitere Atomkerne spalten können. Das setzt eine lawinenartige Kettenreaktion in Gang, die in der Atombombe unkontrolliert, im Brennstab eines Kernkraftwerks kontrolliert abläuft. Da die freigesetzten Neutronen relativ langsam sind, muss das Material durch so langsame Neutronen gespalten werden können, und dann nennt man es "spaltbares Material". ²³⁵U gehört zu den Nukliden, die dafür geeignet sind.

Damit die Kettenreaktion nicht sofort wieder abbricht, muss die kritische Masse vorhanden sein. In Atombomben wie Little Boy wurde spaltbares Material in einer Form zunächst gelagert, die unter der kritischen Masse liegen, beispielsweise in Form zweier unterkritischer Halbkugeln aus ²³⁵U, die bei der Zündung aufeinander geschossen wurden und zusammen eine überkritische Masse bilden. Weil das Ganze heiß wird und wieder auseinanderfliegen würde, ohne das "genug" Material gespalten wurde, wurde zusätzlich um sie ein konventioneller Sprengsatz gezündet, um sie einen Augenblick zusammenzuhalten.