Techniklexikon

Kettenreaktion

Atomkraftwerk 1) Chemie: Reaktionsfolge, in der bei jedem Reaktionsschritt neben dem Endprodukt ein instabiles Zwischenprodukt (Kettenträger) entsteht, welches die Wiederholung der gleichen Reaktionsfolge initiiert. Die einmal in Gang gebrachte Reaktion läuft dadurch von selbst weiter, bis das Ausgangsprodukt verbraucht oder die Kettenreaktion abgebrochen wird. Prinzipiell lassen sich die Schritte einer Kettenreaktion in drei Reaktionsstadien einteilen: 1. Kettenstart, 2. Kettenwachstum oder Kettenfortpflanzungsreaktion und 3. Kettenabbruch. Ein klassisches Beispiel einer Kettenraktion ist die photoinduzierte Reaktion von Wasserstoff mit Chlor zu Chlorwasserstoff (Chlorknallgas-Reaktion):

1. Startreaktion: Cl₂+hn  2Cl,

2. Kettenfortpflanzungsreaktionen: Cl + H₂  HCl + H,

H + Cl₂  HCl + Cl,

3. Kettenabbruch: 2Cl + M  Cl₂ + M.

Die beim Kettenabbruch freigesetzte Energie wird grossteils von einem dritten Stosspartner M, welcher eine geringe Verunreinigung oder auch die Wand des Reaktionsgefässes sein kann, übernommen. Auf diese Weise lassen sich hohe Quantenausbeuten bei der photochemisch induzierten Chlorknallgas-Reaktion erreichen, da die Zahl der Reaktionszyklen der Kettenreaktion etwa bis zu 4 × 10⁶ beträgt.

Die Chlorknallgas-Reaktion ist eine unverzweigte Kettenreaktion. Bei verzweigten Kettenreaktionen (z.B. Knallgasreaktion) kann es jedoch vorkommen, dass durch die Entstehung mehrerer Kettenträger die Konzentration der Kettenträger so lawinenartig ansteigt, dass es zur Explosion kommt.

2) Kernphysik: sequentieller Ablauf von identischen kernpysikalischen Einzelreaktionen, die jeweils nachfolgende Reaktionen auslösen, meist verknüpft mit dem Prozess der neutroneninduzierten Kernspaltung schwerer Kerne, wie z.B.,

die bei positiver Neutronenbilanz zu einem lawinenartigem Anstieg der Neutronenzahl N und der Spaltrate führt. Grosstechnisch wird die kontrollierte Kettenreaktion in Kernreaktoren genutzt.

Kettenreaktion: Prinzip der Kettenreaktion. Die Punkte stellen die spaltenden Neutronen dar, B die Bruchstücke der Kernspaltung.