Vorweg sein noch gesagt, Eisen ist ein spezielles Element. Bei allen Elementen, die weniger Protonen haben, kann man durch Fusion Energie gewinnen. Alle Elemente, die mehr Protonen als Eisen haben, kann man durch Kernspaltung Energie gewinnen. Eisen ist der stabilste Kern. Sterne die ihre Energie durch Fusion gewinnen, haben als Endprodukt Eisen in ihrem Kern. Alle Elemente, die mehr Protonen haben als Eisen, sind bei Supernovae oder anderen Ereignissen entstanden. Warum man da Energie gewinnen kann, erkläre ich im folgenden:
Jedes Atom bewegt sich aufgrund der Brownschen Bewegung. Sprich, jedes Atom hat bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Schwingungsfrequenz. Man stelle sich ein Kind auf einer Schaukel vor. Es schwingt vor und zurück, dadurch dass ich es mit einer Energie anschubse. Die Gleiche Energie angewendet auf einen schweren Erwachsenen macht, dass dieser nicht ganz so hoch schaukelt, wie das Kind.
Hier im Beispiel, zwei Protonen (rote Punkte). Sie sind leicht und schwingen schnell. Darunter ein Heliumkern mit zwei Neutronen (blaue Punkte) und zwei Protonen ist schwer und schwingt langsamer.
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Man erkennt aus der Animation, dass die Protonen schneller schwingen, als der Heliumkern. Sprich, wenn ich zwei Wasserstoffkerne/Protonen mit ihrer Schwingungsenergie vereine, und beim dadurch entstandenen Heliumatom weniger Schwingungsenergie vorhanden ist, muss bei diesem Prozess Schwingungsenergie abgegeben worden sein. Das ist die Energie, die ich durch Fusion von leichten Elementen gewinnen kann.
Dieser Mechanismus funktioniert. Ich kann dem Kern, dem Nuklid stets Protonen hinzufügen, und der Kern hat danach eine geringere Schwingung bzw. Braunsche Bewegung als vorher und gibt dabei Schwingungsenergie ab. Das könnte ewig so weiter gehen, bis naja, bis da die starke Kernkraft einen Strich durch die Rechnung macht. Die starke Kernkraft ist in ihrem Wirkbereich stärker als die Abstoßung von gleichnamigen Ladungen (also auch Proton-Proton). Die starke Kernkraft wirkt nur auf kleine Entfernungen. Aber was wenn ein Atomkern im Durchmesser größer ist, als der Wirkbereich der starken Kernkraft? Genau das haben wir bei Atomen mit mehr Protonen als beim Eisen. Eisen hat die beste Konfiguration von allen Elementen von Protonenabstoßung und Wirkbereich der starken Kernkraft.
Beim Eisen kann das Proton im Nordpol des Kerns, mit seiner starken Kernkraft das Proton am Südpol des Kerns noch kräftig anziehen.
Bei allen Kernen, die mehr Protonen haben, reicht der Wirkbereich (starke Kernkraft) eines Protons am Rande des Kern nicht so weit, um bis ans gegenüberliegende Ende der Kerns zu wirken. Also bei sehr schweren Elementen, kann es sein, dass ein Proton, welches am Rand eines Atomkerns ist, nur bis zur Hälfte der Kerns mit seiner starken Kernkraft wirkt. Darüber hinaus, wirkt dieses Proton abstoßend auf alle anderen Protonen, die weiter entfernt sind.
Hier im Beispiel. Das ist nur zur Veranschaulichung. Das muss mehr als 26 Protonen sein. Hier jetzt nicht,
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Man sieht was passiert, wenn ein Atomkern so groß ist, dass die Wirkung der starken Kernkraft, der einzelnen Protonen nicht ausreicht, um auf den gesamten Kern zu wirken.
Der Kern fängt an zu „rauschen“. Einzelne Protonen, bzw. benachbarten Protonengruppen lösen sich kurz vom Kern, um dann durch die starke Kernkraft der nächsten Protonen wieder zum Kern gezogen zu werden.
So ist das. Je mehr Protonen der Atomkern hat, desto ausgeprägter dieses Rauschen.
Und so kann man Energie aus schweren Elementen bekommen. Man spaltet schwere Atome, und die Spaltprodukte, die zwei Kerne die da entstehen, sind ruhiger und rauschen weniger als der Mutterkern.
Ebenso wie bei der Fusion, gewinnt man bei der Spaltung/Fission Energie durch Verringerung der Bewegung von Nukleonen.
