Energiegewinn bei der Kernspaltung
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Bindungsenergiekurve - Für alle Atomkerne mit Nukleonenzahlen zwischen 30 und 150 beträgt die mittlere Bindungsenergie je Nukleon ca. 8,5 MeV die halbempirische Bethe-Weizsäcker-Formel spiegelt gut den Kurvenverlauf wieder - Abfall zu leichten und schweren Kernen hin lässt Schluss z, dass Kernbindungsenergie auf zwei Wegen freigesetzt werden kann, exotherme Vorgänge: * Verschmelzung leichter Atomkerne * Spaltung schwerster Atomkerne Energiegewinn bei der Kernspaltung Eine mögliche Spaltungsreaktion ist: Die Kernspaltung ist stark exotherm: Spaltausbeute für die Spaltung von 23392U, 23592U und 23994Pu mit thermischen Neutronen Sicherheitsbarrieren gegen das Austreten radioaktiver Stoffe Aufbau eines Reaktorsicherheitsbehälters Prinzip – Siedewasserreaktor Beispiel eines Brennstabes Technische Daten Die Sonne Fusionsreaktor (Schema) Schema eines Zyklotrons Zyklotron - Vielfachbeschleunigung der Teilchen im Magnetfeld - Zwei flache halbkreisförmige Metallbehälter, die sich innerhalb eines größeren Behälters zwischen den Polen eines starken Magnetfeldes befinden - Ionenquelle ist in der Mitte zwischen den beiden Metallbehältern, die als Elektroden wirken - Spannung wechselt mit hoher Frequenz, Ionen werden dadurch fortlaufend beschleunigt - Unter dem Einfluss des Magnetfeldes bewegen sich die Teilchen auf einer spiralförmigen Bahn derart, dass die Zentrifugalkraft der Kraftwirkung des Magnetfeldes gleicht m·v2/r = Ze·v·B M: Masse Ze: Ladung V: Geschwindigkeit B: magnetische Flussdichte - Praktische Grenzenergien Protonen 22 MeV, Deutronen 24 MeV, α-Teilchen 44 MeV Energiebereiche von Beschleunigern Beschleuniger - Große Bedeutung für kernchemische und kernphysikalische Untersuchungen und die Herstellung von Radionukliden - Vielseitige Anwendbarkeit: Erzeugung von Geschossen in einem Hohen Energiebereich (Elektronen, Protonen, Deutronen, α-Teilchen, schwere Kerne) *Auftreffen hochenergetischer Elektronen auf ein Target ergibt harte Bremsstrahlung *Auftreffen von Deutronen auf ein Tritiumtarget ergibt Neutronen - Beispiele: *Linearbeschleuniger (für Elektronen, Protonen, schwere Ionen) Vielfachbeschleunigung in einem Wechselfeld, Teilchen durchläuft mehrfach eine Potentialdifferenz *Zyklotron Vielfachbeschleunigung im Magnetfeld *Synchotron (Elektronen, Protonen) Vorbeschleunigung der Elektronen (Betatron), weitere Beschleunigung erfolgt durch ein hochfrequentes elektrisches Feld, Erhöhung der magnetischen Feldstärke bei konstanter Frequenz, Elektronen im Vakuum auf Lichtgeschwindigkeit Kernspaltungsbombe Prinzip atomarer Sprengsätze
