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Atomenergie

Die Kalte Kernfusion wird von den Menschen ebenso wenig verstanden wie die sog. „Heiße Fusion“ oder die Kernspaltung, also dem, was wir heute mit „Atomkraft“ verbinden. Zunächst zur Kernspaltung. Warum ist sie gefährlich und was ist überhaupt Radioaktivität? Wie fast alle Menschen wissen, bestehen Atome aus Protonen (positiv geladen) Neutronen (ungeladen) und Elektronen (negativ geladen). Entscheidend für die Identifizierung von Atomen ist die Anzahl der Protonen. Das kleinste Atom, der Wasserstoff, enthält nur eines. Eisen enthält z. B. 26, Blei sogar 82 und Uran 92 Protonen. Deshalb kann man mit einem Uran-Geschoss ohne Probleme eine Panzerung aus Eisen (26 Protonen) durchschlagen, ganz ohne Sprengstoff. Das Blei mit seinen 82 Protonen ist das letzte Element, das seine Bestandteile alleine zusammenhalten kann. Uran mit seinen 92 Protonen dagegen ist instabil, d. h. im Laufe der Zeit verliert es immer mehr Protonen, „magert“ über mehrere Stufen immer mehr ab und wird, wie alle anderen instabilen Elemente, irgendwann zu Blei. Dort erreicht es endlich seinen stabilen Zustand. Dieser Verlust von Materie (im Falle von Uran zu Blei also die Reduzierung von 92 auf 82 Protonen) ist die Radioaktivität. Es sind also winzige atomare Teilchen auf ihrem Wege von der Instabilität zu einem stabilen Zustand. Diese Transformation vollzieht sich, je nach Element, über Jahrtausende oder sogar Jahrmillionen. Wie kommt es aber nun zu der gefährlichen Radioaktivität bei einer Kernspaltung? Bei der Kernspaltung wird ein geeignetes Uran-Atom künstlich und schlagartig in einen derart instabilen Zustand versetzt, dass es sich in zwei andere Elemente aufspaltet. Dabei wird der von mir beschriebene „Abmagerungsprozess“ entscheidend beschleunigt, er überspringt quasi mehrere Stufen. Mit diesem Überspringen steigt auch die Zahl der freiwerdenden Teilchen schlagartig an, was eine markant verstärkte Radioaktivität zur Folge hat. (Gleichzeitig wird eine große Menge an verwertbarer Energie freigesetzt). Die Teilchen durchschlagen jegliche Materie, Pflanzen, Tiere und Menschen. Dieses Durchschlagen des Körpers verursacht tausendfach kleine Wunden, welche der Körper zumeist selbst heilen kann – nicht aber, wenn es zu viele werden. Deshalb versucht man, die Zeit, in welcher Menschen dieser Radioaktivität ausgesetzt sind, soweit wie möglich zu verkürzen. Diese nicht verheilten Wunden verursachen oft lebensgefährlichen Krebs. Ich kommentiere die Kernspaltung hier so ausführlich, um zu zeigen welche Folgen sie hat und gleichzeitig zu sagen: sie ist ein gefährlicher Sonderfall der Kernenergie und hat mit den beiden Arten der Kernfusion, der „Heißen“ wie der „Kalten“, wenig zu tun. An dieser Stelle will ich ausdrücklich betonen: Atome sind natürlich, genauso wie die Sonne Natur ist. Niedrigenergie-Kernumwandlungsvorgänge sind auch natürlich. Nur die künstliche Hochenergie-Kernspaltung von Uran und Thorium sollten wir vermeiden, weil sie Gesundheitsschäden und Umweltvergiftungen verursacht. Insbesondere die Brennstoffgewinnung für die Kernspaltung aus den Uran-Thorium-Erzen belastet die Umwelt massiv (vgl. Yellow-Cake-Problematik). Natürliche Energie gibt es in Hülle und Fülle, auch ohne Emissionen oder Abfall. Mit den sogenannten „erneuer­baren“ Energien ist man auf dem richtigen Wege – nur: Er ist viel zu umständlich und ineffizient. Die Natur kann wesentlich mehr und das wissen wir nicht erst seit Einsteins Formel E=mc2. Wieso kann die Sonne über Jahrmilliarden „brennen“, ohne zu „verbrennen“? Wir kennen das doch von einem Stück Brikett oder Holz – man zündet es an und irgendwann bleibt Asche übrig. Die Lösung dieses Rätsels ist überraschend: Die Sonne verbrennt sich gar nicht selbst, sondern die sichtbar freiwerdende Energie ist die sogenannte „Bindungsenergie“ und möglichweise andere Formen von Kernenergie, die wir gegenwärtig gerade entdecken (sh. Anhang von Dipl. Physiker Dirk Schadach). Damit verhält es sich wie folgt: Der riesige Energiegewinn der Sonne entsteht durch die Fusion zweier Wasserstoffatome zu einem Heliumatom. Das Wasserstoffatom hat ein Proton, das Heliumatom zwei. Jedes Atom hat nun eine Art „Netz“, welches das Atom, bestehend aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammenhält. Dieses Netz ist die sogenannte Bindungsenergie. Eine einfache Rechnung: Zwei Wasserstoffatome haben zwei Netze, ein Heliumatom hat nur eines. Wenn also zwei Wasserstoffatome zu einem Heliumatom fusionieren, bleibt ein Netz (eine „Portion“ Bindungsenergie) über. „Über“ heißt: sie ist frei nutzbar. Die Bindungsenergie macht unter einem Prozent der Gesamtenergie des Atoms aus. Um eines dabei richtigzustellen: Die Sonne verbrennt also doch irgendwann, weil die Bindungsenergie verbraucht wird, aber doch sehr, sehr langsam. Es handelt sich eben nicht um einen chemischen Verbrennungsprozess, sondern um eine nukleare (Kern-) Reaktion. – Eine Kernreaktion ist ein physikalischer Prozess, bei dem ein Atomkern durch den Zusammenstoß mit einem anderen Atomkern oder Teilchen seinen Zustand oder seine Zusammensetzung ändert. Leider ist eine Kernfusion nicht so einfach zu erreichen, wie es sich zunächst anhört. Um sie zu bewerkstelligen, müssen die beiden einzelnen Protonen aus zwei Wasserstoffatomen dazu veranlasst werden, sich zu vereinigen. Wenn sie das getan haben, sind sie nicht mehr Wasserstoff, sondern Helium, das zweitkleinste Atom welches zwei Protonen enthält. Das geht aber nicht so einfach, denn dazwischen liegt die sog. Coulomb-Barriere, eine Kraft, die verhindert, dass Protonen fusionieren. Wir kennen dieses Verhalten von Magneten: Will man zwei Pluspole von Magneten zusammendrücken, dann gelingt das nur höchst widerwillig. (Und wie bekannt: Protonen sind positiv geladen.) Diese Coulomb-Kraft ist unabdingbar, denn gäbe es sie nicht oder wäre sie schwächer, könnte jeder Schlag mit einem Hammer auf einen Amboss eine Kernfusion auslösen. Es braucht Riesenkräfte, um diese Coulomb-Barriere zu überwinden, um eine Kernfusion zu ermöglichen. Auf der Sonne sind dies 15 Millionen Grad Celsius und der gewaltige Druck der riesigen Sonnenmasse. – Die Kalte Kernfusion benötigt diese Millionengrade und diesen Druck nicht, sie erreicht dies auf andere, nur ansatzmäßig erforschte Weise. Wenn also nur diese winzige Menge an Bindungsenergie frei wird, wie kommt es dann zu dem riesigen Energiegewinn? Das sagt uns Einstein mit seiner Formel: E (Energie) = (ist gleich) M (Materie) multipliziert mit C2 (der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat). Und so wirkt sich das aus: Hätten wir 1 kg Bindungsenergie zur Verfügung und würden sie dann mit der Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat multiplizieren, ergäbe sich eine Energie, die ausreichen würde, 9 Kubikkilometer Wasser um einen Meter anzuheben. Wieso ist das so? Materie trägt diese Menge an Energie in sich. Und Materie und Energie sind ineinander umwandelbar – man kann also nicht nur aus Materie Energie machen, sondern auch aus Energie Materie. Zwei Beispiele dazu: Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante, es gibt keine höhere Geschwindigkeit als die des Lichtes. Würde man einen Gegenstand bis hin zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und ihm dann weitere Energie zuführen, um die Beschleunigung weiter zu erhöhen, würde der Gegenstand nicht schneller, sondern schwerer. Weil die Lichtgeschwindigkeit absolut ist, bleibt für die zusätzliche Energie nur der Weg sich zu Materie zu wandeln. – Ein anderes Beispiel: Der Teilchenbeschleuniger (Large Hadron Collider) am CERN in Genf beschleunigt Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Wenn solch beschleunigte Teilchen kollidieren, müsste sich die Lichtgeschwindigkeit quasi addieren tut sie aber nicht, weil es oberhalb der Lichtgeschwindigkeit nichts gibt. Und was passiert: die überschüssige Energie wird zu Materie. Wenn also die Teilchen kollidieren, entstehen nicht etwa „Teilchensplitter“, sondern neue Materie. Man muss sich mit dem Gedanken anfreunden, dass Materie und Energie zwei Seiten derselben Medaille sind. Der Physiker und Nobelpreisträger Max Planck sagte es überdeutlich: „Als Physiker, der sein ganzes Leben der nüchternen Wissenschaft, der Erforschung der Materie widmete, bin ich sicher von dem Verdacht frei, für einen Schwarmgeist gehalten zu werden. Und so sage ich nach meinen Erforschungen des Atoms dieses: Es gibt keine Materie an sich. Alle Materie entsteht und besteht nur durch eine Kraft, welche die Atomteilchen in Schwingung bringt und sie zum winzigsten Sonnensystem des Alls zusammenhält“. Und noch einmal zum besseren Verständnis: Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Diese werden von Elektronen „umkreist“. Jetzt könnte man meinen, Protonen, Neutronen und Elektronen seien zusammen in irgendeiner Weise kompakt. (So wie es das „Atomium“ in Brüssel suggeriert.) Das sind sie aber nicht. Hätte der Atomkern die Größe einer Apfelsine, würden die Elektronen ihn in einer Entfernung von rund dreißig Kilometern umkreisen. Sieht man sich also das Atom an, besteht es zu nahezu hundert Prozent aus „Zwischenraum“. Kein Experiment zeigt die Dualität (Zweiheit) von Masse und Energie plastischer als das sog. Doppelspalt-Experiment. Ich gebe hier keinen Link an, weil es im Internet zahlreiche Beschreibungen und Videoclips davon gibt. Es wird dabei gezeigt, wie beispielsweise Elektronen auf eine Fläche „geschossen“ werden, die einen Spalt aufweist. Steht hinter dieser Fläche eine Projektionswand oder ähnliches, zeigt sich darauf nach diesem Beschuss ein „Einschlagsmuster“, das ziemlich genau die Form des Spalts abbildet. Nimmt man nun eine andere Fläche und fügt zwei Spalten ein, kann zweierlei passieren: Entweder gibt es auf der dahinter liegenden Projektionswand die Abbilder der beiden Spalten (dann haben sich die Elektronen wie Teilchen/Materie verhalten) oder aber, auf der Projektionswand zeigt sich ein sog. Interferenzmuster, welches entsteht, wenn zwei Wellen sich gegenseitig beeinflussen. Diese Überlagerung von Wellen kann man selbst leicht erzeugen, wenn man zwei Steinchen gleichzeitig in einem gewissen Abstand ins Wasser wirft. Im Ergebnis ist es so, dass die Elektronen sich bei einem Doppelspalt nicht entscheiden können: bin ich nun Teilchen (Masse) oder bin ich Welle (Energie). – Die Elektronen scheinen sich also genau in dem Grenzbereich der Atome zu befinden, wo sich Energie und Materie treffen. Das Wissen über Energie ist auf groteske Weise lückenhaft, wenn man diese Zusammenhänge nicht kennt, weil genau die hier beschriebene Energie die billigste und sauberste überhaupt ist. Mir ist kürzlich ein Ingenieur begegnet, der meinte, oberhalb des sog. Energieerhaltungssatzes (also des Grundsatzes, dass man aus einer Apparatur nie mehr Energie gewinnen kann als man zuvor hineingesteckt hat) gäbe es nichts, denn sonst gäbe es ja auch das Perpetuum mobile. Er meinte, deshalb könnte es auch die Kalte Fusion nicht geben. Im Prinzip hatte er recht, ich fürchte nur, er wusste nicht warum: Auch für die Energie, die aus Kernreaktionen gewonnen wird, gilt der Energieerhaltungssatz, aber in der Weise, dass die Energie in Form der verwendeten Materie bereits vorhanden ist. Und hier ist nun der große Bruch gegenüber konventioneller (chemisch erzeugter) Energie: Diese Materie ist bei einer Kernreaktion mit der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat zu multiplizieren, wodurch sich eine Vervielfachung der Energie ergibt. Weil es so enorm wichtig ist, wiederhole ich es noch einmal: Der Energiegewinn aus einer Kernreaktion ist ein natürlicher Vorgang, wie er sich seit Jahrmilliarden auf der Sonne abspielt. Die Formel E=MC2 gibt es seit über hundert Jahren und sie wurde unzählige Male als richtig anerkannt. – Die Nutzung der Kernenergie ist durch die Kernspaltung in Verruf geraten. Aber wir sehen doch, was Kernenergie leisten kann: Kraftwerke, U-Boote, Eisbrecher usw. Dabei müssen wir endlich zur Kenntnis nehmen, dass Kernkraft eben nicht nur Kernspaltung und Hochenergie-Heißfusion ist. Die Kalte Kernfusion eröffnet alle Möglichkeiten der Kernkraft, aber ohne die Nachteile der Kernspaltung – wie Strahlung, Brennstoffgewinnung, Abfallproblematik und dergleichen.