Mit der Energie aus einem einzelnen gespaltenen Atomkern kommt man noch nicht weit: Sie beträgt gerade mal ein Hundertmilliardstel Joule. Das reicht aus, um eine Tafel Schokolade von 100 Gramm genau einen hundertstel Nanometer anzuheben. Um wirklich wirkungsvoll Energie aus Kernspaltungen zu gewinnen, braucht es eine große Menge davon.
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Kettenreaktion im Reaktor
Hier kommt die Kettenreaktion ins Spiel: Gespaltene Uran-Kerne zerfallen nicht nur in zwei neue Atomkerne, sondern sie geben auch zwei bis drei einzelne, sehr schnelle Neutronen ab, die weitere Kerne spalten können. Mit einem geeigneten Bremsmittel einem sogenannten Moderator lassen sich diese abbremsen, so dass jede Kernspaltung im Schnitt zu einer weiteren Spaltungsreaktion führt – vorausgesetzt, in der Nähe befinden sich weitere Uran-Atome. Es muss eine sogenannte kritische Masse vorhanden sein. Dann lässt sich aus dieser Reaktion so lange Energie gewinnen, bis der Brennstoff ausgeht.
Im Kernreaktor eines Atomkraftwerks läuft diese Kettenreaktion kontrolliert ab. Die dabei freigesetzte Energie erhitzt ein Kühlmittel. In vielen Fällen ist dies schlichtes Wasser, das gleichzeitig als Moderator dient. Andere Reaktortypen verwenden stattdessen flüssiges Natrium oder Heliumgas. Das Kühlmittel leitet die Energie über einen Wärmetauscher weiter, um damit schließlich stromerzeugende Turbinen anzutreiben.
Außer Kontrolle: Kernschmelzen und Atomwaffen
Läuft die Kettenreaktion dagegen unkontrolliert ab, droht ein schwerer Störfall. Bei der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl ist genau das passiert: Durch einen Systemfehler ließen sich die Neutronen im Reaktorkern nicht mehr ausreichend bremsen, um die Kettenreaktion einzudämmen. Die unkontrollierte Reaktion heizte den Reaktorkern so stark auf, dass er zunächst schmolz und schließlich durch verdampftes Kühlmittel explodierte.
Bei Atomwaffen ist genau dieser heftige und schnelle Ausbruch der Energie dagegen eingeplant: Möglichst viele Atomkerne sollen möglichst viel Energie freisetzen, um in kürzester Zeit die extreme Verwüstung einer Kernexplosion zu bewirken. Bei der über Hiroshima abgeworfenen Atombombe stammte diese Energie aus spaltbarem Uran. Neuere Atomwaffen nutzen die an sich schon erschreckende Zerstörungskraft der Kernspaltung dagegen „nur“, um damit eine noch heftigere explosive Reaktion zu zünden – die Kernfusion.
Ansgar Kretschmer
Stand: 20.02.2015
