Der kleine Albert. Die 4A vom BRG-Schwaz beim Japan-Projekt Kernkraftwerk Modell von Julia K. und Stefanie D. Inhaltsverzeichnis

Transkript

1 Der kleine Albert Die 4A vom BRG-Schwaz beim Japan-Projekt Titel: Grundlagen der Kernphysik Fachgebiet: Physik Schulklasse: 4A BRG-Schwaz Johannes Messner Weg 14 A-6130 Schwaz Betreuer: Prof. MMag. Dr. Wolfgang Lechner Kernkraftwerk Modell von Julia K. und Stefanie D. Inhaltsverzeichnis Inhalt Seite Einleitung 1 Methoden und Vorgangsweise 1 Ergebnisse 2-8 Quellenangabe 2-9 Zusammenfassung 9-10

2 Einleitung Am BRG/BORG-Schwaz initiierten die Professorinnen Golling, Mühlegger, Mayer und Noflatscher Posch ein Japan-Projekt das die Erdbeben-, Tsunami- und Reaktorkatastrophe vom thematisierte. Die Schulgemeinschaft beteiligte sich mit vielfältigen Beiträgen, wobei ein Höhepunkt die öffentliche Präsentation in der Schulaula am Abend des war. Da in der 8.Schulstufe ein Einblick in den Atomaufbau auf dem Lehrplan steht lag es nahe diesen vorzuziehen und sich ausführlich dem Thema zu widmen. Das Ziel war es am Präsentationsabend einen Ausstellungsstand zu gestalten der sich mit den physikalischen Grundlagen der Kernphysik beschäftigte. Außerdem sollten die Schüler als Ansprechpartner für Fragen zur Verfügung stehen. Methoden bzw. Vorgangsweise Die Schüler erhielten ein spezifisches Thema das sie selbstständig in Zweiergruppen erarbeiteten sollten. Als sichtbares Ergebnis waren Plakate und, wenn möglich, Modelle gefordert. Neben dem Unterricht, der darauf abgestimmt wurde, standen Bücher und das Internet als Quellen zur Verfügung. Zur besonderen Unterstützung wurde ein Workshop mit Herrn a.o. Univ.-Prof. Dr. Peter Brunner und Frau Mag. Britta Gruber vom Institut für Analytische Chemie und Radiochemie der Universität Innsbruck mit dem Inhalt (Grundlagen, Reaktorunfall Fukushima, Situation in Österreich, Rechtliche Workshop mit Prof. Brunner und Mag.a Gruber Aspekte) organisiert. Wolfgang Lechner - 1 -

3 Ergebnisse Impressionen vom Präsentationsabend Jakob R. und Lucas H. mit Prof. Lechner beim Gestalten des Ausstellungsstandes Der fertige Ausstellungsstand. Die Federführenden Tina und Yasemin warten mit ihrem Modell auf Besucher. Radioaktiv oder nur leuchtend, das Zählrohr liefert die Antwort. Modell für den α-zerfall N. Bohr hätte seine Freude. Auf den folgenden Seiten sind die wichtigsten Ergebnisse der Themen in Kurzform zusammengefasst

4 ERG-1: Das Bohr sche Atommodell Gregor H. & Daniel T. mit Plakat Das Bohr sche Atommodell verbessert das Planetenmodell von Rutherford das aus den Streuversuchen folgte. Dabei ist 99% der Masse im Kern konzentriert. Der Kern, auch Nukleus genannt, besteht aus Protonen und Neutronen und ist positiv geladen. In der Hülle befinden sich auf den Schalen die negativ geladenen Elektronen. Es gibt nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen auf jeder Schale. Die Ladungen gleichen sich gegenseitig aus, aber halten aber das Atom durch die elektrischen Kräfte zusammen. 1) E. Mühlegger Chemieheft 4A ) Detlef Hoche u.a. Physik Basiswissen Schule ERG-2: Die Nuklidkarte Susanne H. & Christina F. mit Modell Bei einem Nuklid betrachtet man den Kern eines Atoms mit seinen Protonen und Neutronen. Die Massenzahl gibt die Anzahl aller Kernbausteine, die Ordnungszahl nur die Anzahl der Protonen an. In der Natur kommen 256 Nuklide vor, wobei 80 instabil (radioaktiv) sind. In der Karlsruher Nuklidkarte werden alle nach Protonen- und Neutronenzahl geordnet. Die verschiedenen Zerfallsarten sind farblich markiert und ihre Eigenschaften (Atommasse, Zerfallsenergie ) angegeben. 1) 2)

5 ERG-3: Der α Zerfall Mario Z. & Lucas H. mit Modell Alphastrahlen sind Heliumkerne die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Ihre Geschwindigkeit beträgt etwa 15oookm/s bei einer Reichweite von ca. 10cm in Luft. Man kann sich davor leicht z.b. mit einer Zeitung schützen, jedoch sind die Strahlen gefährlicher als Beta- und Gammastrahlen. So stellt vor allem das Einatmen eine große Gefahr dar. Zerfällt z.b. der instabile Radium-226 Kern (88Protonen, 138Neutronen) so entsteht Radon-222 (86Prot., 136Neut.) das ebenfalls instabil ist und weiter zerfällt. 1) 2) Reihe ERG-4: Der β Zerfall Bei der Betastrahlung gibt es die aus Elektronen bestehende β - - und die aus Positronen bestehende β + - Strahlung. In der Luft haben diese Teilchen eine Reichweite von wenigen Metern. Wenn Betastrahlung in unser Körpergewebe eindringt kann es zu Verbrennungen oder Hautkrebs führen. Vor der sehr energiereichen und gefährlichen Strahlung kann man sich durch eine einige Millimeter dicke Kunststofflatte schützen d.h. im Ernstfall bleibt man in einem Gebäude. 1) 2) utz-und-reparatur-deslebens/strahlungsauswirkung/

6 ERG-5: Die γ Strahlung Elia Z. & Christoph K. mit Plakat Gammastrahlung ist eine der drei Strahlungsarten die bei einem Kernzerfall entstehen. Sie ist eine elektromagnetische Strahlung mit höherer Energie als die Röntgenstrahlung. Da sie keine elektrische Ladung trägt kann sie von Magneten nicht abgelenkt werden. Gammastrahlung ist schwer abzuschirmen z.b. nur durch dicke Betonwände oder Blei, jedoch ist ihre Wechselwirkung dadurch auch geringer. Gammastrahlung entsteht meist nach einem Zerfall, wenn der Tochterkern im angeregten Zustand seine überschüssige Energie abgibt. 1) ERG-6: Die Halbwertszeit Laura L. & Franziska H. mit Plakat Die Halbwertszeit gibt an, wann die Anzahl der Teilchen auf die Hälfte abgenommen hat. So ist nach einer Halbwertszeit die Hälfte, nach 2 Halbwertszeiten ein Viertel und nach 3 Halbwertszeiten nur noch ein Achtel vorhanden. In der Praxis sagt man, dass nach 10 Halbwertszeiten der Zerfallsprozess abgeklungen ist. Jedes Nuklid hat eine ganz bestimmte Halbwertszeit, die man nicht verändern kann. Von Sekundenbruchteilen bis hin zu einige Millionen Jahre (Uran) gibt es verschiedenste Zeitspannen. Es wird dabei der Mittelwert angegeben, da der Zerfall zufällig erfolgt. 1)

7 ERG-7: Das Geiger Müller Zählrohr Prof. Brunner war bei uns an der Florian W. & Alexander T. mit Plakat Schule und erklärte uns die komplizierte Funktionsweise. Zerfällt ein radioaktives Atom, dann ionisiert die Strahlung das Gas (meistens Argon) im Zählrohr und führt so zu Stromfluss. Ein Geiger Müller Zählrohr zählt somit die Anzahl der Kernzerfälle. Mit dem schuleigenen Gerät maßen wir z. B. Steine. Prof. Brunner demonstrierte uns strahlende Alltagsgegenstände und sogar die Türklinke eines Röntgenraumes. Wir waren sehr erstaunt wie viel Strahlung manche Gegenstände besitzen. 1) ERG-8: Becquerel und Sievert Simon Z. ohne Markus W. mit Plakat Becquerel und Sievert sind Einheiten, mit denen man die Radioaktivität angibt. Becquerel ist eine Einheit für die Aktivität und gibt die Zerfälle von Atomkernen pro Sekunde an - 1Bq ist 1Zerfall/Sekunde. Becquerel wird mit einem Geiger- Müller-Zählrohr gemessen. Das Sievert ist die Einheit für die Äquivalentdosis und gibt die aufgenommene gewichtete Energie pro kg an - 1Sv ist 1J/kg. Sievert wird mit einem Dosimeter gemessen. 1) eit) 2) t) - 6 -

8 ERG-9: Die Künstliche Kernspaltung Hahn und Straßmann haben Suzana S. & Nina H. mit Plakat experimentell gezeigt, dass Atomkerne zur Spaltung angeregt werden können -> künstliche Kernspaltung! Trifft ein langsames Neutron z. B. auf einen Urankern, so wird der instabil und spaltet sich auf. Es wird Energie und 2-3 schnelle Neutronen frei. Anschließend kann sich die künstliche Kernspaltung mehrfach wiederholen und es kommt zu einer Kettenreaktion. Die künstliche Kernspaltung tritt bei Atombomben explosionsartig und in Kernkraftwerken kontrolliert auf. Weitere 1) Kernspaltung 2) start3_4.htm ERG-10: Die Kettenreaktion Valentin K. & Matthias H. mit Plakat Wird ein Urankern mit einem langsamen Neutron beschossen so teilt sich der Kern und es werden weitere Neutronen freigesetzt. Im Mittel entstehen so zwischen 2 und 3 neue Neutronen. Diese Neutronen spalten weitere Kerne und es entstehen noch mehr Neutronen. Es kommt zu einem lawinenartigen Anwachsen einer Kettenreaktion. Dieser Prozess läuft bei einer Atombombenexplosion ab. In Kernkraftwerken werden mittels Steuerstäben (Bor) Neutronen eingefangen und die Kettenreaktion kontrolliert. Weitere 1)

9 ERG-11: Das Kernkraftwerk Tina S. & Yasemin S. mit Modell Ein Kernkraftwerk erzeugt elektrische Energie durch Kernspaltung und funktioniert wie ein Wärmekraftwerk. Es besteht aus einem Reaktor-gebäude (Kernreaktor), Maschinenhaus (Turbine, Generator), Kühlturm/en und mehreren Wasserkreisläufen. Heute sind viele Menschen gegen Kernkraftwerke, da sie sehr gefährlich sind, wenn sie außer Kontrolle geraten. In Zwentendorf wurde Österreichs einziges Kernkraftwerk gebaut, das aber nie in Betrieb genommen wurde und zur Besichtigung dient. Weitere 1) 2) wentendorf ERG-12: Siedewasserreaktor Stefanie D. & Julia K. mit Modell Der Siedewasserreaktor wurde von Idaho National Laboratory und General Electric Mitte 1950 entwickelt. Er gehört zu den Leichtwasserreaktoren. Durch die Kernspaltung in den Brennelementen wird Wasser zum Sieden gebracht. Der Dampf treibt direkt die Turbine und den elektrischen Generator an. Anschließend wird das Wasser wieder zurückgeführt. Da nur ein Wasserkreislauf besteht wird dieser durch die transportierten radioaktiven Stoffe verseucht. Weitere 1) tor - 8 -

10 ERG-13: Die Strahlenbelastung Österreich Wir haben vieles beim Workshop von Herrn Prof. Brunner über die Strahlenbelastung in Österreich erfahren. Zusätzlich haben wir uns im Internet noch schlau gemacht. Vor allem auf der Seite des Lebens-ministeriums konnten wir viel Interessantes finden. So liegt in Schwaz die natürliche Strahlenbelastung normalerweise im Bereich von etwa 100nSv/h. In Österreich konnten sogar radioaktive Teilchen von Fukushima nachgewiesen werden, jedoch werden keine gesundheitlichen Auswirkungen erwartet. Weitere 1) len-atom/strahlenschutz/strahlen-warnsystem/messwerte_aktuell.html 2) len-atom/strahlenschutz/fukushima.html Allgemeines Literaturverzeichnis Neben den angeführten Quellen wurden folgende verwendet: 1) Albrecht u.a. Erlebnis Physik ) W. Lechner Physikheft 4A ) Prof. Brunner Workshop Zusammenfassung Durch unser Projekt Kernenergie hatten wir die Möglichkeit einen großen Einblick in die Kernphysik zu bekommen. Da man in der 4. Klasse das Kapitel Kernenergie durchnimmt, war das Projekt eine gute Ergänzung. Wir bekamen viele Informationen unter anderem von dem Experten Prof. Dr. Peter Brunner mit seiner Assistentin Mag.a Britta Gruber. Sie klärte uns vor allem über die rechtlichen - 9 -

11 Aspekte auf. Weiters lernten wir auch viele Dinge die unser alltägliches Leben betreffen: Die Verwendung der Radioaktivität in der Medizin (Röntgen), Strahlenbelastung in Österreich und vieles mehr. Wir wurden zu Experten auf unserem jeweiligen zugeteiltem Fachgebiet und standen den Besuchern des Japan-Projektes für weitere Fragen zur Verfügung. Damit unsere Arbeit nicht nur für das Japan-Projekt und für unser eigenes Wissen war, hatte unsere Klassenvorständin die Idee uns an dem Wettbewerb anzumelden. Mit dieser Idee waren wir alle begeistert. Wir nutzten weitere Physikstunden um weitere Informationen zu sammeln und diese in Texten und Bildern zusammenzufassen. Tina & Yasemin