Kernenergie

Kernenergie entsteht aus der Bindungsenergie der Bausteine von Atomkernen (also der Nukleonen, das sind Protonen und Neutronen).

Zwischen den elektrisch positiv geladenen Protonen wirkt eine abstoßende Kraft, die Coulombkraft. Sie allein würde bewirken, dass der Kern zerfällt. Verhindert wird das durch die sehr starke anziehende Kernkraft, die auf alle Kernbausteine, also auf Protonen und Neutronen, wirkt. Die Kernkraft wird allerdings schwächer, je größer der Abstand zwischen den Nukleonen ist.

Die gesamte Bindungsenergie ist die Arbeit, die aufgewendet werden müsste, um den Kern in seine Bestandteile zu zerlegen. Diese Bindungsenergie ist abhängig von der Größe des Atomkernes.

Kleine Atomkerne haben wenige Nukleonen, ihre Bindungsenergie wird hauptsächlich von der starken und im Nahbereich wirkenden Kernkraft geprägt. Die gesamte Bindungsenergie steigt mit jedem zusätzlichen Nukleon.

Bei größeren Atomkernen wirkt die Kernkraft zwischen den meist nicht mehr direkt benachbarten Nukleonen weniger stark, die Bindungsenergie ist geringer. Hingegen steigt die abstoßende Coulombkraft mit ihrer größeren Reichweite fast unvermindert an, sie geht negativ in die Bindungsenergie ein und verursacht bei sehr großen Kernen eine niedrigere Bindungsenergie.

Diese Bindungsenergie hat ein Maximum beim Eisenisotop 56Fe.

Das bedeutet, dass Elemente mit deutlich höherer Ordnungszahl als 56Fe bei ihrer Spaltung die Kernenergie in Wärme umwandeln (Kernspaltung, Kernfission), ebenso wie leichte Elemente bei ihrer Verschmelzung zu schwereren Elementen (Kernfusion) die Differenz der Bindungsenergien in Wärme umwandeln.