Kernphysik
1, Grundprinzip des Spaltungsprozesses Spaltung eines Brennstoffes (Uran, U-235) Beschuss mit Neutronen (Anlauf mit einer Neutronenquelle, z.B. mit Alphateilchen beschossenes Beryllium) es entsteht unbeständiges U-236 2 Neutronen, Kettenreaktion Wärmenergie wird umgewandelt in Elektrizität 2. Spaltungsprozess im Reaktor Uran wird als Erz abgebaut (USA, Frankreich) natürliches Uran enthält:U-238 (99,27%), U-235 (0,711%), U-234 (0,0054%) U-238 hemmend bei Spaltung nimmt Neutron auf ohne große Energiemengen freizusetzen U-235 dagegen sehr geeignet Vergleich: Feuer mit nassem und trockenem Holz U-238, Anreicherung : - Umwandlung des Erzes in Uranhexfluorid UF6 - - technisch und finanziell aufwendig Herstellung von Brennstäben: mehrere Brennstäbe dann zu Brennelementen diese Form kommt dann in den Reaktor im Reaktor findet Spaltungsprozess statt Folie 2 Moderator: bremst die Neutronen -> thermische Neutronen nur die thermischen können eingefangen werden + spalten viele Stoffe können bremsen sie dürfen Neutronen aber nicht aufnehmen Stoffe: Kohlenstoff, Beryllium, Wasser (schweres) bei Wasser ist Gefahr der Anlagerung Brennstäbe werden mit Moderator umgeben (Urancarbid) Regelstäbe: fangen Neutronen ein, Kontrolle der Reaktion, sonst unkontrolliert -> Atombombe Stoffe: Kadmium, Bor, Hafnium Reaktor: Vorgang der Spaltung Zustände: kritisch: konstante Reaktionen, konstante Zahl reagierender Neutronen überkritisch: steigende Neutronenzahl Regelstäbe zur Kontrolle3. Technischer Aufbau eines Kernkraftwerkes Heizkessel wird durch Reaktor ersetztWärmeübertragung entweder direkt, oder mit Zwischenkühlmittel enorme Leistung: 1kg U-235 ermöglicht Stromversorgung einer 100.000 Einwohner Staat für einen Tag Strahlenabschirmung: Alpha-, Beta- Strahlung durch wenige mm absorbierendes Material Gamma-Strahlung durch dicke (einige Meter) Wände aus Beton, Stahl und Blei Neutronen zunächst bremsen, dann absorbieren (Lithium, Bor) 4.
Reaktortypen Druckwasserreaktor Erläuterung anhand der Folie Siedewasserreaktor effektiver, technisch einfacher, billiger Verseuchung des Kühlwassers und Turbinen Schnellebrüter , Schneller-Natrium-Reaktor Brennstoff U-235, U-238 Gemisch betreib mit schnellen Neutronen -> 5x Wärme Start mit U-235, wobei dann Plutonium erbrütet wird Gewinnung von besseren Brennstoffen Brutprozess U-238 wird in einen Reaktor gebracht und mit Neutronen ausgekocht U-238 nimmt Neutron auf -> U-239 ein Neutron wird zum Proton -> Neptonium-239 + Elektron " " -> Plutonium-239 + Elektron Plutonium ist erbrütet genauso U-233 aus Thorium-232 Wiederaufbereitungsanlage: Rückgewinnung von Uran und Plutonium aus verbrauchten Brennstäben Trennung von Spaltprodukten (ferngest.) 5. Probleme Veränderung der Werkstoffe durch den Einfluss der Strahlung Festigkeit größer, aber sehr spröde versch. Stahlformen untersch. -> Mischung Strahlenschutz, ständige Messungen Abfallwärme, umkippen von Gewässern radioaktive Abfälle, Atommüll 1. warten, bei kurzlebigen Stoffen 2.
Endlagerung in Salzbergwerken, Bauwerken 3. Abgabe an die Umwelt innerhalb zulässiger Grenzen Ziel: Kernfusion
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