Kernspaltung

Unter Kernspaltung versteht man einen Prozess der Kernphysik. Dabei wird ein Atomkern unter Energiefreisetzung in zwei oder mehr Bestandteile zerlegt. Seltener wird die Kernspaltung auch als Kernfission  bezeichnet – ein Begriff, der nicht mit Kernfusion, dem Verschmelzen zweier Atomkerne, verwechselt werden darf. Durch die Spaltung entstehen Stoffe, sogenannte Spaltprodukte.

 

Spontane und induzierte Spaltung

Die Spaltung von Atomkernarten entsteht oft ohne äußere Einwirkung. Diese spontane Kernspaltung ist eine Art des radioaktiven Zerfalls. Sie lässt sich quantenmechanisch ähnlich dem Alpha-Zerfall durch den Tunneleffekt erklären.
Praktisch weit wichtiger ist jedoch die induzierte Spaltung, eine Kernreaktion, bei der ein freies Teilchen, meist ein Neutron, zufällig einen Kern trifft und von diesem absorbiert wird. Der Kern gewinnt dadurch die Bindungsenergie und eventuelle kinetische Energie dieses Neutrons, befindet sich dadurch in einem angeregten Zustand und spaltet sich. Neben der Spaltung sind auch andere Abläufe möglich, beispielsweise kann das Neutron eingefangen werden, der angeregte Atomkern regt sich durch Emission eines Gammaquants ab und geht in einen stabilen Zustand über.
Auch der Stoß eines energiereichen Gammaquants kann die Spaltung eines schweren Kerns hervorrufen (Photospaltung).
Spaltung kommt nur bei genügend schweren Nukliden vor, denn nur dann sind die entstehenden Kerne fester gebunden als der ursprüngliche Kern. Nur bei genügend schweren Nukliden bringt die Spaltung dem Kern einen „Energievorteil“ (siehe auch Massendefekt). Anschaulich lässt sich die Kernspaltung nach dem Tröpfchenmodell durch Schwingung und Zerreißen des Kerns verstehen: Die animierte Großansicht des obigen Bildes zeigt, wie der Kern (rot) von einem Neutron (blau) getroffen wird und in zwei Bruchstücke zerfällt, wobei noch einige – im oberen Bild drei – Neutronen frei werden. Der Kern dehnt sich in die Länge und schnürt sich in der Mitte ein. Die lange Reichweite der gegenseitigen elektrischen Abstoßung der Protonen überwiegt dann die anziehende Kernkraft (siehe Atomkern) mit ihrer kurzen Reichweite, die Bruchstücke werden folglich auseinander getrieben.
Bei induzierter wie bei spontaner Spaltung werden meist außer den mittelschweren Bruchstücken (Spaltfragmenten) auch einige Neutronen freigesetzt, typischerweise zwei oder drei. Das Energiespektrum dieser Neutronen ist kontinuierlich mit einem Maximum bei etwa 2 MeV und reicht bis etwa 15 MeV.