Der Atomaufbau

Abbildung: Bauteile des Atoms

Das Atom setzt sich grob betrachtet aus einem Atomkern und der Atomhülle zusammen. Der Kern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen. Die Atomhülle enthält die negativ geladenen Elektronen und bestimmt im Wesentlichen die chemischen Eigenschaften des Atoms.
Die Anzahl der positiven Teilchen (Protonen) im Kern entspricht der Anzahl der umkreisenden negativen Elektronen, sodass das Atom elektrisch neutral ist.

Alle Atomkerne haben zwei oder mehr Protonen. Eine Ausnahme ist das Wasserstoffatom, das nur ein Proton besitzt. Da sie gleichnamige elektrische Ladungen tragen, üben sie abstoßende Kräfte aufeinander aus. Gäbe es nur diese Kräfte, so würden alle Atomkerne schon längst zerplatzt sein. Da es aber stabile Atomkerne gibt, müssen im Atomkern noch weitere Kräfte wirksam sein, die den Kern zusammenhalten. Sie heißen Kernkräfte.

Kernkräfte wirken zwischen allen Kernteilchen anziehend, sowohl zwischen Protonen als auch zwischen den Neutronen untereinander. Im Unterschied zu elektrischen Kräften ist ihre Reichweite sehr begrenzt, sie wirken nur auf den jeweiligen Nachbarn. Die Kernkräfte sind jedoch außerordentlich starke Kräfte, sodass man glaubte, einen Atomkern niemals zertrümmern zu können.

Atomkerne mit vielen Kernbausteinen können jedoch gespalten werden. Die Massenzahl eines Atoms gibt die Anzahl der Kernbausteine an.

In Kernkraftwerken wird das Element Uran-235, Uran mit der Masse 235, gespalten, da es die meisten Protonen aller in der Natur vorkommenden Elemente hat.

Werden also Uran-235-Kerne mit Neutronen beschossen, so nehmen sie ein Neutron auf und ihre Massenzahl steigt auf 236.
Der so entstandene Kern ist nicht beständig, gerät ins Schwingen und fällt auseinander. Es entstehen Spaltprodukte mit kleineren Massenzahlen, also neue, meist radioaktive Elemente.

Bei einer Kernspaltung entstehen zwei neue Atome und zwei bis drei Neutronen. Diese freien Neutronen spalten automatisch weitere Kerne. Eine Kettenreaktion entsteht, bei der sehr viel Energie freigesetzt wird.

Neben der Kernspaltung schwerer Atomkerne existiert noch ein weiterer Prozess, der Kernenergie freisetzt: Die Verschmelzung leichter Atomkerne, die sogenannte Kernfusion.

Gelingt es beispielsweise zwei Wasserstoffkerne - gegen die abstoßenden elektrischen Kräfte der Protonen - sehr nahe zusammen zu bringen, verschmelzen sie zu einem Helium-Kern. Dabei wird eine gewaltige Energiemenge frei. Wiederum viele Milliarden Mal mehr, als man zuvor zur Annäherung der Protonen aufbringen muss. Diese Reaktion kommt nur bei mehreren Millionen Grad in Gang. Erst dann ist die Geschwindigkeit der Protonen so groß, dass die abstoßenden Kräfte überwunden werden.

Kernfusion wird in Kernwaffen (Wasserstoffbombe) zur weiteren Verstärkung der vernichtenden Wirkung benutzt. Kernfusionswaffen entfalten bis zu 100.000.000 Tonnen TNT.