Der Geek-Atlas (German Edition)

Neutronen frei (die dann auf weitere U-235-Atome treffen und die Kettenreaktion fortsetzen).
     Das Neutron wird zunächst von U-235 absorbiert und es entsteht das instabile Element U-236, das dann wieder auseinander bricht.
     Dabei werden drei Neutronen abgespalten. Übrig bleiben ein Barium- und ein Krypton-Atom, und es wird Energie freigesetzt,
     die in Form von Gammastrahlen abgegeben wird (siehe Abbildung 96.2 ).
    Abbildung 96.2 U-235-Kernspaltung
    Aufgrund dieser Eigenschaft bezeichnet man U-235 als »spaltbar«. Ein zweites spaltbares Atom ist Plutonium. Dieses wird üblicherweise
     in Form von Pu-239 eingesetzt. Sowohl U-235 als auch Pu-239 können eine Kettenreaktion auslösen. Da beide selbst gespalten
     werden und Neutronen freigeben, reicht eine bestimmte Menge an U-235 oder Pu-239 aus, um die Reaktion in Gang halten. Dieser
     Menge wird als »kritische Masse« bezeichnet.
    Unglücklicherweise sind sowohl U-235 als auch Pu-239 sehr rar. Weniger als 1% des natürlich vorkommenden Urans ist U-235.
     Beim gesamten übrigen Teil handelt es sich fast ausschließlich um U-238. Dieses kann die benötigte Kettenreaktion nicht selbst
     auslösen. Auch Plutonium ist extrem selten und muss in Atomreaktoren hergestellt werden.
    Pu-239 kann allerdings recht einfach aus U-238 hergestellt (gebrütet) werden. Bei einem Brüterreaktor werden U-235 und U-238
     gemischt. Das U-235 erzeugt die Kettenreaktion: Einige der abgegebenen Neutronen treffen auf andere U-235-Atome und setzen
     die Reaktion fort. Ein Teil der Neutronen jedoch trifft auf U-238, das dann in Pu-239 umgewandelt wird (siehe Abbildung 96.3 ).
    Abbildung 96.3 U-238 wird zu Pu-239
    Zuerst absorbiert U-238 das Neutron und es entsteht U-239. Das U-239 zerfällt, wobei ein Elektron abgegeben und Neptunium
     (Np-239) gebildet wird. Das Neptunium zerfällt seinerseits, gibt dabei wieder ein Elektron frei und es entsteht Plutonium.
     Dieses unterstützt dann die Kettenreaktion. Auf diese Weise wird in einem Kernreaktor, der für die Nutzung von U-235 konzipiert
     wurde, U-238 in Pu-239 umgewandelt.
    ----

Kapitel 97. Fermilab, Batavia, IL
    41° 49′ 55″ N, 88° 15′ 26″ W

    Das Fermi National Accelerator Laboratory
    Neben dem CERN (siehe Kapitel 32 ) ist das Fermilab das weltweit bekannteste Teilchenbeschleuniger- und Hochenergiephysik-Labor. Es betreibt eine intensive
     Öffentlichkeitsarbeit, die Bildungsveranstaltungen, Ausstellungen für Kinder unter zwölf, Sonntagsgespräche mit Physikern
     und natürlich auch geführte Rundgänge umfasst.
    Das Fermilab wurde 1967 gegründet und nach dem italienischen Physiker Enrico Fermi, der 1938 den Phyisk-Nobelpreis gewann,
     benannt. Das Labor betreibt Teilchenbeschleuniger ( Abbildung 97.1 ) für die Forschung an subatomaren Teilchen. Am Fermilab wurde 1977 das Bottom-Quark und 1995 das Top-Quark entdeckt. 2008
     verkündete man die Entdeckung des Omega-Sub-b-Teilchens, das aus zwei Strange-Quarks und einem Bottom-Quark besteht.
    Abbildung 97.1 Fermilab-Beschleuniger
    Das Labor forscht auch umfassend an Neutrinos. Es sendet zum Beispiel einen Neutrino-Strahl durch die Erde an eine 735 Kilometer
     entfernte Mine in Minnesota. Das Tevatron, Fermilabs Haupt-Teilchenbeschleuniger, ist der zweigrößte Teilchenbeschleuniger
     weltweit (hinter dem LHC; siehe Kapitel 32 ) und wird zur Durchführung von Protonen/Antiprotonen-Kollisionen verwendet.
    Direkt in der Nähe des Tevatron befinden sich zwei Detektoren mit den Bezeichnungen DZERO und CDF. Mit dem DZERO-Detektor
     wurde des Omega-Sub-b-Teilchens entdeckt. CDF (was einfach »Collider Detector at Fermilab« bedeutet) wird zur Untersuchung
     der Teilchen verwendet, die bei Kollisionen von Protonen und Antiprotonen freigegeben werden. Dabei werden deren Flugbahn
     und Energie sowie Hinweise auf Phänomene, die nicht in das Standardmodell der Physik passen (siehe Das Higgs-Boson, der Large Hadron Collider und der Ursprung der Masse ), aufgezeichnet. Die Flugbahn eines Teilchens hängt von dessen Impuls ab. Wenn die Teilchen während einer Kollision herausschießen,
     werden sie von Magneten abgelenkt – je größer die Ablenkung, desto kleiner der Impuls. Aus dem Impuls kann dann die Ladung
     oder Masse des Teilchens abgeleitet werden.
    Wanderfreudige Besucher des Fermilab können zusätzlich noch die weitläufige Prärie, in der noch eine Bisonherde lebt, erkunden
     und einem Naturlehrpfad folgen. Das Lederman Science Center ist öffentlich zugänglich und