Kernspaltung, Kernfusion und Elemente: Eine Übersicht

Kernspaltung und Kernfusion: Grundlagen und Anwendungen

Kernspaltung: Durch Beschuss von Uran mit Neutronen werden Atomkerne gespalten. Bei dieser Spaltung, auch Kernspaltung genannt, wird eine große Menge an Energie freigesetzt. Es wurde auch festgestellt, dass dieser Prozess weitere Neutronen freisetzt, die ihrerseits weitere Urankerne spalten können. Dieser Vorgang wird als kontinuierliche Kettenreaktion bezeichnet.

Kernkraftwerke: Kontrollierte Kernspaltung zur Energiegewinnung

Die bei der Kernspaltung freigesetzte Wärmemenge ist enorm. Um diese Energie nutzbar zu machen, muss die Kettenreaktion kontrolliert werden. Dies geschieht in Kernkraftwerken. Die Stromerzeugung aus Kernkraft birgt jedoch Risiken, wie z.B. Unfälle (Tschernobyl, Ukraine) und die Entstehung radioaktiver Abfälle, die sorgfältig entsorgt werden müssen.

Kernfusion: Die Verschmelzung von Atomkernen

Kernfusion: Dieser Prozess findet statt, wenn kleine Atomkerne miteinander verschmelzen und dadurch massivere Kerne bilden. Dabei wird ebenfalls eine große Menge an Energie freigesetzt.

Vorteile und Nachteile der Kernfusion

Der Hauptvorteil der Kernfusion ist die enorme Energiefreisetzung. Ein weiterer Vorteil ist, dass als Brennstoff Wasserstoff verwendet wird, der in den Ozeanen reichlich vorhanden ist. Darüber hinaus ist die Kernfusion ein saubererer Prozess als die Kernspaltung, da weniger radioaktive Abfälle entstehen. Der Hauptnachteil ist, dass für die Durchführung spezialisierte, experimentelle Anlagen benötigt werden, die sich noch in der Entwicklung befinden.

Die Elemente: Natürliche und Künstliche

Natürliche und künstliche Elemente

In der Natur kommen nur etwa 90 Elemente vor, die sogenannten natürlichen Elemente. Die restlichen Elemente wurden in physikalischen Labors erzeugt und werden als künstliche Elemente bezeichnet.

Die häufigsten Elemente auf der Erde

Das häufigste Element auf unserem Planeten ist Eisen. In der obersten Schicht der Erde, der Erdkruste, sind Sauerstoff und Silizium die häufigsten Elemente.

Elemente in Lebewesen

In Lebewesen bestehen 99% der Materie aus sechs Elementen: Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kalzium und Phosphor. Die restlichen 1% sind Spurenelemente wie Fluor.

Das Periodensystem der Elemente

Die Anordnung der Elemente nach Mendelejew

Im Jahr 1869 veröffentlichte Mendelejew eine Tabelle, in der die damals 63 bekannten Elemente in Zeilen und Spalten angeordnet waren. Mendelejew ließ auch leere Plätze für noch unentdeckte Elemente frei. Im Laufe der Zeit wurden diese Elemente entdeckt.

Radioaktivität und Isotope

Atommasse und Isotope

Die Masse von Atomen ist sehr klein. Daher wurde vereinbart, atomare Masseneinheiten (u) zu verwenden. Die relative Atommasse eines Elements (Ar) ist der gewichtete Durchschnitt der Massen der natürlich vorkommenden Isotope des Elements. Einige Isotope, sogenannte Radioisotope, sind radioaktiv, da ihre Kerne instabil sind und zerfallen.

Arten von Strahlung

• Alpha-Strahlung: Besteht aus Heliumkernen mit zwei Protonen und zwei Neutronen.
• Beta-Strahlung: Besteht aus Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit emittiert werden.
• Gamma-Strahlung: Ist eine Strahlung ähnlich Licht oder Röntgenstrahlen, aber mit viel höherer Energie.

Strahlung, insbesondere Gammastrahlung, ist schädlich für die Gesundheit.

Halbwertszeit von Radioisotopen

Die Halbwertszeit eines Radioisotops ist die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der ursprünglichen Atomkerne zerfallen ist. Eine längere Halbwertszeit deutet auf eine höhere Stabilität des Radioisotops hin.

Anwendungen von Radioisotopen

Für die Diagnose: Dem Patienten wird eine Lösung mit Radioisotopen injiziert. Anschließend wird eine spezielle Röntgenuntersuchung durchgeführt, die Gammastrahlen erkennt und ein Bild des Körpers erzeugt.

Zur Behandlung von Krebs: Um Krebszellen zu zerstören, wird dem Gewebe eine kleine, gezielte Strahlendosis verabreicht.

Die C-14-Methode zur Altersbestimmung

Kohlenstoff-14 (C-14) ist ein Radioisotop des Kohlenstoffs, das kontinuierlich in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung erzeugt wird. Alle Lebewesen haben eine bestimmte Konzentration von C-14. Durch die Analyse des verbleibenden C-14-Anteils können Wissenschaftler das Alter von Proben organischen Ursprungs bestimmen.

Die häufigsten Elemente im Universum

Die häufigsten Elemente im Universum sind die leichtesten: Wasserstoff und Helium.