Kettenreaktionen

Kettenreaktionen sind Prozesse, bei denen eine anfängliche Reaktion Folgeprozesse auslöst, die wiederum neue Reaktanten erzeugen und weitere Reaktionen initiieren. Sie treten in verschiedenen Fachgebieten auf, etwa in der Kernphysik, der Chemie oder der Biologie, und zeichnen sich oft durch Selbstverstärkung aus.

In der Kernphysik beschreibt eine Kettenreaktion den Ablauf, bei dem bei der Spaltung eines Nuklids freigesetzte Neutronen weitere Spaltungen in benachbarten Kernen verursachen. Dadurch kann sich die Reaktion exponentiell ausbreiten; entscheidend ist, wie viele Neutronen erhalten bleiben (kritisch oder sub-/superkritisch Zustand). Baupläne und Sicherheitselemente wie Moderatoren, Brennstoffe, Steuerstäbe und Kühlung beeinflussen die Kontrolle. Die erste kontrollierte, sich selbst tragende Kernreaktion wurde 1942 im Forschungsreaktor CP-1 unter Enrico Fermi in Chicago durchgeführt. Spätere Anwendungen umfassen kommerzielle Kernkraftwerke und neue Sicherheitskonzepte. Unkontrollierte Kettenreaktionen können zu schweren Unfällen oder der Entwicklung von Waffen führen.

In der Chemie verläuft eine Kettenreaktion über reaktive Zwischenprodukte wie Radikale, die Initiierung, Propagation und Termination durchlaufen. Ein Anfangsradikal setzt eine Folge von Reaktionen in Gang, wobei jedes Zwischenprodukt neue Reaktanten bildet. Kettenreaktionen treten in der radikalischen Polymerisation, bei bestimmten Halogenierungs- oder Verbrennungsprozessen sowie in vielen atmosphärischen Reaktionen auf. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann enorm steigen, selbst bei niedrigen Anfangskonzentrationen, und lässt sich durch Beschleuniger, Hemmstoffe oder Temperatur beeinflussen.

Der Ausdruck wird auch figurativ verwendet, etwa für eine Welle von Ereignissen, die sich gegenseitig bedingen. Wissenschaftlich dient das Verständnis von Kettenreaktionen der Modellierung, Sicherheitstechnik, Materialentwicklung und der Optimierung chemischer Prozesse.