Energiegewinn bei der Kernspaltung

Bindungsenergiekurve
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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
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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
Prinzip – Siedewasserreaktor
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
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