Kernspaltung. Physikalisches Proseminar. Tino Goldstein

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1 Kernspaltung Physikalisches Proseminar Tino Goldstein

2 Entdeckung 1934: Enrico Fermi führte Experiment zur Findung neuer Elemente fort Bekannt: β 47 Ag 0 n 47 Ag Cd

3 Entdeckung 1934: Enrico Fermi führte Experiment zur Findung neuer Elemente fort Bekannt: β 47 Ag 0 n 47 Ag Cd Erwartet: β 92U 0n 92U Element

4 Entdeckung 1934: Enrico Fermi führte Experiment zur Findung neuer Elemente fort Bekannt: β 47 Ag 0 n 47 Ag Cd Erwartet: β 92U 0n 92U Element Tatsächlich passierte: ??? U n U Ba Kr n 200MeV

5 Herbst 1938 Otto Hahn & Fritz Straßmann untersuchen Produkte Dezember / Hahn & Straßmann bestätigen Barium Lise Meitner & Otto Frisch entwickeln Theorie zur Kernspaltung Nils Bohr bestätigt die Kernspaltung

6 Was ist passiert? Das Neutron trifft auf den Kern und wird von diesem eingefangen. Der Kern gerät in Schwingung

7 Was ist passiert? Das Neutron trifft auf den Kern und wird von diesem eingefangen. Der Kern gerät in Schwingung und wird in mehrere Teile gespalten. Frage: Wieso?

8 Was ist passiert? Erklärungsversuch mit Hilfe des Tröpfchenmodells:

9 Was ist passiert? Erklärungsversuch mit Hilfe des Tröpfchenmodells: Oberflächenenergie Coulomb-Energie E E C O = = E E 0 O 0 C E O E C Schwingungen bzw. Deformationen bewirken Veränderungen dieser Energien.

10 Was ist passiert? Erklärungsversuch mit Hilfe des Tröpfchenmodells: Stabil für E Instabil für E O E C O E C Es handelt sich nur um ein Modell, die tatsächlichen Vorgänge sind komplexer

11 Spaltprodukte U 1 0 n f * 1 f * 2 N 1 0 n E

12 Alternative Isotope? Natürliches Uran: 99,27 % 0,72 % 238 U 92 U und Spuren anderer Isotope

13 Alternative Isotope? Natürliches Uran: 99,27 % 0,72 % 238 U 92 U und Spuren anderer Isotope Wirkungsquerschnittals Trefferwahrscheinlichkeit

14 Alternative Isotope?

15 Alternative Isotope? Fermi benutzte Wasser, um Neutronen zu bremsen. Der Wirkungsquerschnittandere Uranisotope ist bei langsamen Neutronen zu klein. Folge: Andere Uranisotope werden kaum getroffen.

16 Alternative Isotope? Fermi benutzte Wasser, um Neutronen zu bremsen. Der Wirkungsquerschnittandere Uranisotope ist bei langsamen Neutronen zu klein. Folge: Andere Uranisotope werden kaum getroffen * β 239 β 92U 0 n 92 U 93 Np Pu

17 A Z X 1 0 n Alternative Elemente? f * 1 N Woher kommt die Energie? f * n E

18 A Z X 1 0 n Alternative Elemente? f * 1 f * 2 N Woher kommt die Energie? Massendefekt! 1 0 n E

19 Alternative Elemente? Wird ein Element getroffen A Z 1 A 1 * X 0n Z Y... gibt es 3 Möglichkeiten

20 Alternative Elemente? Wird ein Element getroffen A Z 1 A 1 * X 0n Z Y... gibt es 3 Möglichkeiten Stabilität z.b Pb, Sn,... Radioaktiver Zerfall Kernspaltung (über 20 Isotope, meist synthetisch)

21 Kettenreaktion / Verwendung Ab der kritischen Massekommt es zur Kettenreaktion.

22 Kettenreaktion / Verwendung Ab der kritischen Massekommt es zur Kettenreaktion. Zur Verwendung wird passendes Isotop angereichert kritische Masse wird reduziert.

23 Kettenreaktion / Verwendung Ab der kritischen Massekommt es zur Kettenreaktion. Zur Verwendung wird passendes Isotop angereichert kritische Masse wird reduziert. Äußere Einflüsse können kritische Masse beeinflussen (Geometrie, Reflektoren, )

24 Verwendung als Energiequelle als Waffe

25 Verwendung als Energiequelle als Waffe Anreicherung auf ca. 5% Steuerstäbe zur Kontrolle

26 Verwendung als Energiequelle als Waffe Anreicherung auf ca. 5% Steuerstäbe zur Kontrolle Abbruch der Reaktion (jederzeit) möglich

27 Verwendung als Energiequelle als Waffe Anreicherung auf ca. 5% Anreicherung auf ca. 75% Steuerstäbe zur Kontrolle Abbruch der Reaktion (jederzeit) möglich Weder Steuerstäbe noch Abbruchsmöglichkeit erwünscht

28 Quellen Bethge, Walter, Wiedemann Kernphysik, Springer, 3. Auflage Kohlrausch Praktische Physik 2, Teubner, 22. Auflage Kohlrausch Praktische Physik 3, Teubner, 22. Auflage Abbildung 1: Abbildung 2: Bethge, Walter, Wiedemann Kernphysik, Springer, 3. Auflage Nuclear Data Center at Japan Atomic Energy Research Institute Abbildung 3: _common_isotopes_de.svg

11. Kernzerfälle und Kernspaltung

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