Post on 18-Jan-2021
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
93 Blick in den Mikrokosmos
931 Zellen - Bausteine der Lebewesen
- Aufbau von Zellen Zellkern als wesentlicher Traumlger der Erbinformationen
Chromosomen Gene
- Veraumlnderlichkeit der Erbinformationen Beispiele bei Tieren und Pflanzen beim
Menschen (Erbkrankheiten z B Bluter Down-Syndrom 941) Mutationen
Eingriff des Menschen durch die Gentechnik
Buch bdquoNatur und Technikldquo S 66 ff (Cornelsen)
____________________________________________________________
_______________
Alle Lebewesen ndash ob tierisch oder pflanzlich ndash bestehen aus kleinsten
Bausteinen den Zellen
Dabei ist es egal ob wir von einem Haar einem der inneren Organe
oder dem Speichel in unserem Mund sprechen ndash all diese
bdquoKoumlrperteileldquo sind aus diesen bdquoBausteinen des Lebensldquo aufgebaut
Ebenso ist es bei den Pflanzen die uns umgeben Jeder Teil eines
Baumes besteht aus pflanzlichen Zellen
Tierische und pflanzliche Zellen unterscheiden sich dabei nur
unwesentlich in ihrem Aufbau Allen gemeinsam ist der Zellkern als
Traumlger der Erbanlagen der lebende Teil der Zelle das Zellplasma
und die Zellwand die der Zelle Festigkeit und Stabilitaumlt verleiht
Blattgruumlnkoumlrper und den Zellsaftraum findet man hingegen nur bei
der Pflanze
Beim Menschen bilden mehrere Zellen das Gewebe mehrere Gewebe
wiederum ein Organ Eine Ansammlung bestimmter
zusammenarbeitender Organe bilden Organsysteme die in ihrer
Gesamtheit wiederum den Organismus darstellen
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Menschliche (tierische) Zellen haben als Bestandteil der einzelnen
Organe spezielle Aufgaben So unterscheidet man zB Muskelzellen
die die Muskulatur bilden Deckzellen die in der Haut zu finden sind
Nervenzellen und Blutzellen
Entsprechend ihrer Spezialisierung sind diese Zellen in ihrem
Aussehen und ihrem Aufbau unterschiedlich Zellkern Zellplasma und
Zellwand sind aber immer vorhanden
Im Unterschied zu den spezialisierten Zellen der Organe haben
Krebszellen jedoch keine bestimmte Aufgabe Diese wachsen staumlndig
und unkontrolliert Sie greifen auf normale Zellen uumlber und schaumldigen
sie Einige dieser Zellen koumlnnen sogar uumlber die Blutbahn an andere
Koumlrperstellen gelangen und bilden dort neue Geschwuumllste
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
B-04 TIERISCHE UND PFLANZLICHE ZELLEN
WIR VERGLEICHEN
Abb 1 Abb 2
Merke
ORDNE MIT HILFE VON PFEILEN RICHTIG ZU
Traumlger der Erbanlagen
Herstellung von Naumlhrstoffen aus
Kohlendioxiyd (CO ) und Wasser
und Mineralstoffen mit Hilfe des
Lichts
Lebender Teil der Zelle
Stuumltze und Festigkeit
Stoffaufnahme Zelldruck
Zellwand
Cytoplasma
(=Zellplasma)
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellsaftraum
Teile der Zelle Aufgaben der Zelle
Zellsaftraum
Zellwand
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellwand
Zellkern
Zellplasma
pflanzl Zelle tierische Zelle
Jede pflanzliche und jede tierische Zelle enthaumllt
Zellkern Zellplasma und die Zellwand
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zelle
= kleinste einheit eines Lebewesens die selbststaumlndig funktionieren kanne
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
932 Aufbau der Materie
- Groumlszligenverhaumlltnisse Zelle - MolekuumllAtom M 92
- Aufbau der Atome aus Kern (Protonen Neutronen) und Huumllle (Elektronen)
- Atommodelle Kugelmodell - Kern-Huumllle-Modell
- Unterscheiden von Elementen z B von Wasserstoff Helium Natrium Chlor
Kohlenstoff 951 aufgrund der Zahl der Protonen (Ordnungszahl)
- Unterscheiden von Isotopen aufgrund der Massenzahl (Protonen + Neutronen)
vgl Buch bdquoNatur und Technikldquo S 82 ff (Cornelsen)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Menschliche (tierische) Zellen haben als Bestandteil der einzelnen
Organe spezielle Aufgaben So unterscheidet man zB Muskelzellen
die die Muskulatur bilden Deckzellen die in der Haut zu finden sind
Nervenzellen und Blutzellen
Entsprechend ihrer Spezialisierung sind diese Zellen in ihrem
Aussehen und ihrem Aufbau unterschiedlich Zellkern Zellplasma und
Zellwand sind aber immer vorhanden
Im Unterschied zu den spezialisierten Zellen der Organe haben
Krebszellen jedoch keine bestimmte Aufgabe Diese wachsen staumlndig
und unkontrolliert Sie greifen auf normale Zellen uumlber und schaumldigen
sie Einige dieser Zellen koumlnnen sogar uumlber die Blutbahn an andere
Koumlrperstellen gelangen und bilden dort neue Geschwuumllste
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
B-04 TIERISCHE UND PFLANZLICHE ZELLEN
WIR VERGLEICHEN
Abb 1 Abb 2
Merke
ORDNE MIT HILFE VON PFEILEN RICHTIG ZU
Traumlger der Erbanlagen
Herstellung von Naumlhrstoffen aus
Kohlendioxiyd (CO ) und Wasser
und Mineralstoffen mit Hilfe des
Lichts
Lebender Teil der Zelle
Stuumltze und Festigkeit
Stoffaufnahme Zelldruck
Zellwand
Cytoplasma
(=Zellplasma)
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellsaftraum
Teile der Zelle Aufgaben der Zelle
Zellsaftraum
Zellwand
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellwand
Zellkern
Zellplasma
pflanzl Zelle tierische Zelle
Jede pflanzliche und jede tierische Zelle enthaumllt
Zellkern Zellplasma und die Zellwand
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zelle
= kleinste einheit eines Lebewesens die selbststaumlndig funktionieren kanne
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
932 Aufbau der Materie
- Groumlszligenverhaumlltnisse Zelle - MolekuumllAtom M 92
- Aufbau der Atome aus Kern (Protonen Neutronen) und Huumllle (Elektronen)
- Atommodelle Kugelmodell - Kern-Huumllle-Modell
- Unterscheiden von Elementen z B von Wasserstoff Helium Natrium Chlor
Kohlenstoff 951 aufgrund der Zahl der Protonen (Ordnungszahl)
- Unterscheiden von Isotopen aufgrund der Massenzahl (Protonen + Neutronen)
vgl Buch bdquoNatur und Technikldquo S 82 ff (Cornelsen)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
B-04 TIERISCHE UND PFLANZLICHE ZELLEN
WIR VERGLEICHEN
Abb 1 Abb 2
Merke
ORDNE MIT HILFE VON PFEILEN RICHTIG ZU
Traumlger der Erbanlagen
Herstellung von Naumlhrstoffen aus
Kohlendioxiyd (CO ) und Wasser
und Mineralstoffen mit Hilfe des
Lichts
Lebender Teil der Zelle
Stuumltze und Festigkeit
Stoffaufnahme Zelldruck
Zellwand
Cytoplasma
(=Zellplasma)
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellsaftraum
Teile der Zelle Aufgaben der Zelle
Zellsaftraum
Zellwand
Zellkern
Blattgruumlnkoumlrper
Zellwand
Zellkern
Zellplasma
pflanzl Zelle tierische Zelle
Jede pflanzliche und jede tierische Zelle enthaumllt
Zellkern Zellplasma und die Zellwand
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zelle
= kleinste einheit eines Lebewesens die selbststaumlndig funktionieren kanne
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
932 Aufbau der Materie
- Groumlszligenverhaumlltnisse Zelle - MolekuumllAtom M 92
- Aufbau der Atome aus Kern (Protonen Neutronen) und Huumllle (Elektronen)
- Atommodelle Kugelmodell - Kern-Huumllle-Modell
- Unterscheiden von Elementen z B von Wasserstoff Helium Natrium Chlor
Kohlenstoff 951 aufgrund der Zahl der Protonen (Ordnungszahl)
- Unterscheiden von Isotopen aufgrund der Massenzahl (Protonen + Neutronen)
vgl Buch bdquoNatur und Technikldquo S 82 ff (Cornelsen)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zelle
= kleinste einheit eines Lebewesens die selbststaumlndig funktionieren kanne
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
932 Aufbau der Materie
- Groumlszligenverhaumlltnisse Zelle - MolekuumllAtom M 92
- Aufbau der Atome aus Kern (Protonen Neutronen) und Huumllle (Elektronen)
- Atommodelle Kugelmodell - Kern-Huumllle-Modell
- Unterscheiden von Elementen z B von Wasserstoff Helium Natrium Chlor
Kohlenstoff 951 aufgrund der Zahl der Protonen (Ordnungszahl)
- Unterscheiden von Isotopen aufgrund der Massenzahl (Protonen + Neutronen)
vgl Buch bdquoNatur und Technikldquo S 82 ff (Cornelsen)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
932 Aufbau der Materie
- Groumlszligenverhaumlltnisse Zelle - MolekuumllAtom M 92
- Aufbau der Atome aus Kern (Protonen Neutronen) und Huumllle (Elektronen)
- Atommodelle Kugelmodell - Kern-Huumllle-Modell
- Unterscheiden von Elementen z B von Wasserstoff Helium Natrium Chlor
Kohlenstoff 951 aufgrund der Zahl der Protonen (Ordnungszahl)
- Unterscheiden von Isotopen aufgrund der Massenzahl (Protonen + Neutronen)
vgl Buch bdquoNatur und Technikldquo S 82 ff (Cornelsen)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die
Entwicklung des Atommodells von der Antike bis ca 1900 (Thomson) Die
jeweils neu gefundenen Begriffe sind angegeben
Folgende Atommodelle sind dargestellt und beschrieben
bull Atombegriff der Antike (Leukipp und Demokrit ca 400vChr)
bull Atommodell von Dalton (ca 1800)
bull Rosinenkuchen-Modell von Thomson (ca 1900)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Die Beschreibung des Oumlltroumlpfchen-Versuches zur ungefaumlhren Ermittlung des
Atomdurchmessers geht von der Uumlberlegung aus dass sich ein Oumllfilm auf
einer Wasseroberflaumlche solange ausbreitet bis in etwa nur noch eine
Atomschicht Oumll auf der Wasseroberflaumlche aufliegt
Die Baumlrlappsporen auf der Wasseroberflaumlche sind ein Hilfsmittel zur
deutlicheren Darstellung des ansonsten kaum erkennbaren Oumllflecks Da das
Oumll-Volumen bekannt ist und die Flaumlche des Oumllflecks in etwa ermittelbar ist
kann daraus der Atomdurchmesser mit ca 11000000mm ermittelt werden
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Streuversuch von Ernest Rutherford(1871 +1937)
Durch den Ausgang dieses Versuches kam man zur genaueren Aussagen nach
Aumlnderung der zuvor geltenden Atommodelle Rutherford wies mit seinem
Streuexperiment nach dass die Streuung der Beschussteilchen auch unter
relativ groszligen Ablenkwinkeln erfolgt und war damit in der Lage konkrete
Aussagen uumlber die Groumlszlige von Atomkernen zu machen Bereits den Forschern
Thomson und Lenard war die grundsaumltzliche Durchdringbarkeit von Materie
bekannt
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Nach den alten Atommodellen haumltten alle Beschussteilchen von der
Goldfolie haumltten zuruumlckprallen muumlssen
933 Radioaktivitaumlt
- natuumlrliche und kuumlnstliche Radioaktivitaumlt Strahlung und deren Nachweis (ggf
Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr) Halbwertzeit
- Kernspaltung 962 gesteuerte und ungesteuerte Kettenreaktion
- Anwendung radioaktiver Stoffe Nutzen und Gefahren der Radioaktivitaumlt
Strahlenschutz verantwortlicher Umgang mit Radioaktivitaumlt
Die Geschichte der Entdeckung der Radioaktivitaumlt durch Henry Becquerel im
Jahre 1896 Durch die Fotoplatten-Entdeckung von Becquerel wurde die
gezielte Erforschung der Radioaktivitaumlt eingeleitet Die zunaumlchst nach
B benannten Becquerel-Strahlen wurden hauptsaumlchlich von Marie und
Pierre Curie experimentell erforscht
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Radioaktivitaumlt
1895 Entdeckung einer unbekannten Strahlung
1896 (1 Maumlrz) Henry Bequerel erkennt dass bestimmte Steine eine Strahlung
aussenden und
Fotoplatten belichten koumlnnen
Radioaktive Strahlung kann nachgewiesen werden durch
bull Fotomethode (gt Uumlberwachung der Strahlenbelastung bei Menschen die
taumlglich mit radioaktiver Strahlung arbeiten gtgt Medizin Forschung)
bull Geiger-Muumlller-Zaumlhlrohr (Geigerzaumlhler) (gt zur Bestimmung der radioaktiven
Verseuchung eines Gegenstandes oder der Umwelt gtgt Katastrophenschutz
Militaumlr)
bull Nebelkammer (gt zur optischen Darstellung von radioaktiver Strahlung im
Labor gtgt Ionen-Strahlung)
Radioaktive Strahlung
bull Beim ALPHA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Heliumkern
(2 Protonen + 2 Neutronen)
Die Massenzahl des strahlenden Elements verringert sich dabei um 4
die Ordnungszahl um 2 und es entsteht ein neues Element (2 Elemente
zuvor im Periodensystem)
bull Beim BETA-Zerfall ist das Strahlungsteilchen ein Elektron aus dem
Atomkern()
Ein Neutron zerfaumlllt dabei in ein Proton und ein Elektron Die
Massenzahl des strahlenden Elements bleibt dabei unveraumlndert die
Ordnungszahl wird um 1 vergroumlszligert da ja ein Proton mehr vorhanden
ist als zuvor und es entsteht ein neues Element (Nachfolger im
Periodensystem)
bull Von einem GAMMA-Zerfall kann man nach dem eingefuumlhrten
Atommodell (Rutherford) nicht sprechen Es liegt eine
elektromagnetische Wellenstrahlung vor
Instabile Elemente
Bei Elementen mit geringer Protonenzahl im Atomkern sind die Abstoszligungskraumlfte
der Protonen im Vergleich zu den Kernkraumlften gering
Befinden sich jedoch sehr viele Protonen im Kern (Uran Radium Polonium etc)
so uumlberwiegen die Abstoszligungskraumlfte der Protonen Die Kerne zerfallen von
selbst (= instabil)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Eigenschaften radioaktiven Strahlungen durch Gegenuumlberstellung in einer
Tabelle
Strahlungsteilchen
(Alpha Heliumkern Beta Elektron Gamma keines da elektromagnetische
Welle)
ungefaumlhre Reichweite
Ihre Werte sind dabei moumlglicherweise andere Eine klare Antwort gibt
die Literatur ebenfalls nicht
magnetische Ablenkbarkeit
Durchdringbarkeit
Auch hierzu ist eine klare Antwort nicht moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Halbwertszeit
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische Halbwertszeit die fast
unvorstellbar lang sein kann (zB U-238 mit 4470000000 Jahren) oder
aber auch sehr kurz (zB PO-214 mit 160 Mikro-Sekunden)
Ein Block eines radioaktiven Isotops ist nach einer Halbwertszeit zur
Haumllfte in andere moumlglicherweise immer noch radioaktive Folgeelemente
zerfallen Es sollte unbedingt darauf hingewiesen werden dass die
Folgeelemente im Normalfall ebenfalls radioaktive Strahler sind und somit
die mitunter zu
houmlrende Aussage
dass die
Strahlung nach
einer HW-Zeit
auf die Haumllfte
gesunken sei
ganz einfach
falsch ist zumal
die radioaktive
Intensitaumlt der
Folge-Isotope (bei
kuumlrzeren
Halbwertszeiten)
ja sogar noch
groumlszliger sein kann
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Zerfallsreihe
am Beispiel der
Uran-Radium-Reihe
mit U-238 als
Ausgangs-Isotop und
Pb-206 als stabilem
End-Isotop
Die Auflistung aller
moumlglicher Zerfaumllle
eines radioaktiven
Ausgangs-Isotops
bis hin zu einem
letztlich stabilen
End-Isotop (Blei)
bezeichnet man in
der Physik als
Zerfallsreihe
Es ist darauf
hinzuweisen dass
dabei verschiedene
Atome eines
Material-Blocks
durchaus
unterschiedliche
Wege gehen
letztendlich aber am
selben Ziel
ankommen Einige
Isotope des
Elements Blei sind
nicht stabil sondern
radioaktiv Unter Beachtung aller Moumlglichkeiten und der unterschiedlichen
Halbwertszeiten ist es sehr schwer Aussagen uumlber die Gesamt-Dauer des
Prozesses hin zum stabilen End-Isotop zu machen
Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im Jahre 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Strassmann die Moumlglichkeit
der Kernspaltung am U-235 Isotop Lise Meitner erklaumlrte und benannte
diesen Vorgang Als spaltungsausloumlsendes Beil dienen langsame Neutronen
mit einer Geschwindigkeit von ca 10 kms
Als dabei entstehende Spaltprodukte sind moumlglich
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
bull Barium-139 Krypton-94 und 3 Neutronen
bull Caesium-137 Rubidium-96 und 3 Neutronen
bull Strontium-90 Xenon-144 und 2 Neutronen
Die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sind als schnelle
Neutronen bei einer Geschwindigkeit von bis zu 10000kms nicht sofort in
der Lage weitere Kernspaltungen einzuleiten Sie muumlssen sich erst durch
Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit bringen lassen Bei der
Kernspaltung wird Energie frei (Umwandlung von Bindungsenergie
hauptsaumlchlich in Waumlrmeenergie)
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der theoretische Fall der Kernspaltung des Uran-235 Isotops
Im theoretischen Fall stehen die (bis zu 3) bei der Kernspaltung
entstandenen Neutronen sofort wieder fuumlr weitere Kernspaltungen zur
Verfuumlgung (Wachstumsfaktor 3) Tatsaumlchlich muumlssen die schnellen
Neutronen erst durch Stoumlszlige auf die geringere Spaltgeschwindigkeit gebracht
werden was den tatsaumlchlichen Wachstumsfaktor wesentlich geringer als 3
werden laumlsst
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Der ungeregelte Fall der Kettenreaktion
Eine Atombombe funktioniert nach diesem Prinzip Das spaltbare Material
U-235 oder Pu-239 sendet selbstaumlndig permanent Neutronen aus Bei hohem
Reinheitsgrad genuumlgt es dass die KRITISCHE MASSE von ca 8kg bis 20kg
spaltbaren Materials raumlumlich konzentriert angeordnet ist um die
Kettenreaktion selbstaumlndig beginnen und ablaufen zu lassen Die Tatsache
dass das Spaltmaterial einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweisen muss
behindert den Bau einer Atombombe wesentlich
In Kernkraftwerken kann man zwar durch Erbruumlten von Plutonium spaltbares
Material erzeugen dessen Reinheitsgrad muss man aber durch sehr
aufwaumlndige technische Verfahren sehr stark verbessern Ein Kernkraftwerk
funktioniert wegen des wesentlich schlechteren Reinheitsgrades des
Brennstoffs auch im Stoumlrfalle nicht wie eine Atombombe
Die geregelte Kernspaltung im Kernkraftwerk Moderator-Funktion
Da die bei einer Kernspaltung frei werdenden Neutronen zunaumlchst zu schnell
fuumlr die Ausloumlsung einer weiteren Kernspaltung sind muumlssen sie durch einen
Moderator (Wasser oder Graphit uumlblich) auf Spaltgeschwinndigkeit
abgebremst werden Bei unseren uumlblichen Reaktortypen faumlllt dem Moderator
Wasser zusaumltzlich die Rolle des Kuumlhlmittels zu
bull Funktion der Steuerstaumlbe
Die Regelung der Aktivitaumlt der Kettenreaktion (Wachstumsfaktor)
erfolgt durch Steuerstaumlbe aus B4C oder Cadmium Die Steuerstaumlbe
haben die Aufgabe die eventuell fuumlr weitere Spaltungen zur
Verfuumlgung stehenden Neutronen wegzufangen Der Wachstumsfaktor
in Kernkraftwerken betraumlgt maximal 10075 (075 Zuwachs) um
genuumlgend Zeit zur Einregelung zu haben zumal die bei der
Kernspaltung frei werdenden Neutronen mit bis zu 20 Sekunden ()
Verzoumlgerung auftreten und eine Kernspaltung selbst ca eine
hundertmillionstel () Sekunde dauert
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Aufbau eines Kernkraftwerks
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004
Qualivorbereitung PCB Comeniusschulen Toumlging
MPutz HSL 2003 2004