Quelltext der Seite Kettenreaktion

{{Begriffsklärungshinweis}}
Eine '''Kettenreaktion''' ist eine physikalische oder chemische Umwandlung (Reaktion), die aus gleichartigen, einander bedingenden Reaktionen besteht. Dabei ist ein [[Produkt (Chemie)|Produkt]] einer Einzelreaktion Ausgangsprodukt ([[Reaktant]], [[Edukt]]) für eine [[Folgereaktion]]. Die Reaktionskette kann linear oder verzweigt sein.

Typisch für verzweigte Reaktionsketten ist ein [[Exponentialfunktion|exponentielles]] [[Kinetik (Chemie)|Zeitgesetz]]. Die ''Reaktionsrate'' (Anzahl der Einzelreaktionen pro Zeitintervall) kann zeitlich zu- oder abnehmen oder auch konstant sein  (Beispiele siehe unten). „Kettenreaktion“ bedeutet also – entgegen einem häufigen Missverständnis – keineswegs, dass der Vorgang sich ständig beschleunigen oder ausbreiten und zu einer [[Katastrophe]] führen muss. Auch ist nicht jeder lawinenartig anwachsende Prozess eine Kettenreaktion, insbesondere [[thermonuklear]]e Explosionen nicht.

Der Begriff Kettenreaktion wird in der Umgangssprache im gleichen Sinne gebraucht, siehe [[Dominoeffekt]] oder [[Kettenbrief]]. 

== Chemische Kettenreaktionen ==
{{Hauptartikel|Kettenreaktion (Chemie)}}
Kettenreaktionen müssen nicht aus einem einzigen Typ von Teilreaktion bestehen. Es kann etwa eine Reaktion, die alleine zu lediglich linearen Reaktionsketten führen würde, kombiniert sein mit einer anderen Reaktion, die zu Kettenverzweigungen führt. Wichtig sind chemische Kettenreaktionen z.&nbsp;B. bei der [[Polymerisation]] oder der [[Radikalische Substitution|radikalischen Substitution]]. Bei der [[Polymerase-Kettenreaktion]] (PCR) laufen durch Temperaturwechsel getaktet Verzweigungsreaktionen ab, bei der sich der Umsatz in jedem Schritt verdoppelt. Eine bekannte Anwendung der PCR ist die Bestimmung des [[Genetischer Fingerabdruck|Genetischen Fingerabdrucks]].

Vorgänge mit Energie-, aber nicht Produktweitergabe, in Reinform etwa bei der [[Detonation]], werden nicht Kettenreaktion genannt. Oft sind die Übergänge aber fließend. So starten viele [[Verbrennung (Chemie)|Verbrennung]]svorgänge mit überwiegend linearen Reaktionsketten, siehe [[Chlorknallgas]], erreichen aber mehr oder weniger schnell ([[Zündverzug]]) durch [[exotherm|Energiefreisetzung]] eine Temperatur, bei der [[Dissoziation (Chemie)#Dissoziation von Gasen und thermische Dissoziation|thermische Dissoziationsreaktionen]] über möglicherweise parallel ablaufende Kettenverzweigungen dominieren. Das ist bei einer brennenden [[Flamme]] der übliche Zustand. Die Reaktionsrate kann durch Zufuhr der Reaktionsmaterialien gesteuert werden.

== Physikalische Kettenreaktionen ==
=== Neutroneninduzierte Kernspaltung ===
[[Datei:Kernspaltungs-Kettenreaktion (Uran 235).svg|miniatur|Kernspaltungs-Kettenreaktion mit zunehmender Reaktionsrate]]

Die durch [[Absorption (Physik)|Absorption]] eines freien [[Neutron]]s ausgelöste [[Kernspaltung|Spaltung]] eines geeigneten Atomkerns setzt ihrerseits wieder einige Neutronen frei (im Mittel zwischen zwei und drei Neutronen, je nach gespaltenem Nuklid und Energie des auslösenden Neutrons). Diese können weitere Kerne spalten, wobei wieder neue Neutronen frei werden usw. 

Diese Kettenreaktion wird im Normalbetrieb eines [[Kernreaktor]]s so gesteuert, dass die Reaktionsrate konstant bleibt ([[Kritikalität]]), d.&nbsp;h., dass im Mittel genau eines der neuen Neutronen wieder eine Spaltung auslöst. Zum Erhöhen der Leistung wird die Reaktionsrate gesteigert, zum Verringern reduziert. Änderungen der Reaktionsrate lassen sich durch den [[Multiplikationsfaktor]] ''k'' ausdrücken; je 1 freies Neutron hat als Nachfolger in der nächsten Generation durchschnittlich ''k'' freie Neutronen. Bei konstanter Reaktionsrate – und damit konstanter Reaktorleistung – ist ''k'' = 1,00.  

Die Steuerung im Reaktor erfolgt meist durch Entfernen von Neutronen aus der Reaktion mittels geeigneter nicht spaltbarer Stoffe ([[Neutronenabsorber]]). Zum Beispiel wird in [[Druckwasserreaktor]]en für langsame und dauerhafte Änderungen die im Kühlwasser gelöste Menge einer [[Bor]]verbindung geändert; zu kurzfristigen Korrekturen und zur Abschaltung dienen die [[Steuerstab|Steuerstäbe]]. 

Eine [[Kernwaffe]] wird dagegen auf einen möglichst schnellen und hohen Anstieg der Reaktionsrate hin konstruiert. Neutronenabsorber außer dem Spaltstoff selbst werden hier bei der Konstruktion vermieden.

Das Bild zeigt schematisch eine Spaltungs-Kettenreaktion mit schnell zunehmender Reaktionsrate, hier: Verdoppelung in jeder Generation. (Die Richtung von links nach rechts stellt nur den zeitlichen, nicht den räumlichen Ablauf dar. In Wirklichkeit bewegen sich die freigesetzten Neutronen in einem Spaltmaterial enthaltenden Raum in alle Raumrichtungen.)

=== Andere Kernreaktionstypen mit Neutronenweitergabe ===
Schon vor der Entdeckung der Kernspaltung hat [[Leó Szilárd]] über die Möglichkeit nachgedacht, dass andere Typen von [[Kernreaktion]]en, die durch Neutronen ausgelöst werden und selbst wieder Neutronen freisetzen, als Kettenreaktionen verlaufen könnten. Dies ist aber nicht der Fall. Um eine Multiplikation ''k'' = 1 oder höher erreichen zu können, muss die Reaktion mehr Neutronen freisetzen als verbrauchen; um sich  ohne Energiezufuhr fortzupflanzen, muss sie [[exotherm]] sein. Die Kernspaltung ist, wie man heute weiß, die einzige Reaktion, die beide Bedingungen erfüllt. Alle (n,2n)-, (n,3n)-, (n,x2n)- und ähnlichen Reaktionen (x bezeichnet ein oder mehrere beliebige Teilchen) sind [[Endotherme Reaktion|endotherm]].

=== Kernfusion ===
Manche [[Kernfusion|Fusion]]sreaktionen bilden Reaktionsketten im Sinne von [[Folgereaktion]]en innerhalb eines [[Reaktionsmechanismus]], so die ''verschiedenen'' Reaktionen der [[Proton-Proton-Kette]], die in Sternen zur Bildung von [[Helium]] führt. Dies ist aber keine Kettenreaktion, denn die Reaktionsschritte sind nicht gleichartig.

=== Ladungsträgervervielfachung durch Stoßprozesse ===
Kettenreaktionen treten auch in der selbständigen [[Gasentladung]] und als [[Lawinendurchbruch]] in Halbleiterdioden auf. Dabei erzeugt ein im elektrischen Feld beschleunigter [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]] bei Stößen weitere Ladungsträgerpaare.

=== Veranschaulichung ===
Eine Kettenreaktion mit zunächst ansteigender Reaktionsrate kann mit Mausefallen veranschaulicht werden: die gespannte Falle trägt auf dem Schlagbügel einen Ball, der durch den Auslösemechanismus stark beschleunigt wird. Beim Auftreffen auf eine oder mehrere weitere Mausefallen löst er diese aus, so dass weitere Bälle ins Spiel kommen.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* {{DNB-Portal|4163698-3}}
* {{Gold Book|chain reaction|C00960}}
* {{YouTube|vjqIJW_Qr3c|Mausefallen-Demonstration}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4163698-3}}

[[Kategorie:Reaktortechnik]]
[[Kategorie:Kernwaffentechnik]]
[[Kategorie:Polymerbildende Reaktion]]