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Kernspaltung & Kernfusion
1.9.2021
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KERNSPALTUNG & KERNFUSION von Marvin Scholz Gliederung 1. 2. Kernspaltung 1.1 Allgemeine Fakten 1.2 Entdeckung 1.3 Ablauf 1.4 Energiefreisetzung und Massendefekt 1.5 Kettenreaktion 1.6 Kernkraftwerk Kernfusion 2.1 Allgemeine Fakten 2.2 Entdeckung 2.3 Kernfusion als Energiequelle 1.1 Allgemeine Fakten I ■ ■ wird ebenfalls als ,,Kernfission" bezeichnet spezielle Form der Kernumwandlung Spaltung eines schweren Atomkerns in zwei oder mehrere mittelschwere Kerne → Freisetzung von Neutronen und Energie dabei entstehende Kerne werden als Spaltprodukte bezeichnet 235 92 U 200 MeV 139 56 Ba 95₁ 36 Kr 1.2 Entdeckung experimenteller Nachweis Rutherfords: Atomkerne sind durch Beschuss mit schnellen Teilchen veränderbar 17. Dezember 1938: neutroneninduzierte Kernspaltung von Uran durch Otto Hahn und Fritz Straßmann physikalische Deutung des Prozesses durch Lise Meitner und Otto Frisch erste kontrollierte Spaltungs-Kettenreaktion durch Enrico Fermi 1.3 Ablauf Neutron 235U 236U (Unstable) Energy Fission fragment Fission fragment Neutrons 1.4 Energiefreisetzung und Massendefekt → Kr36 .89 Am= mA-ms E = Am * c² no + U235 → U236 92 mA 236,0529 u = Kr + Bal44 + 3 * n/²/ ,144 mç = 235,8396 u = 236,0529 u 235,8396 u = 0,2133 u E = 0,2133 * 1,6605 * 10−27 kg * (2,9979 * 108 m² E ≈ 3,1832 * 10−¹¹] u = atomare Masseeinheit 1.5 Kettenreaktion 236U 144Ba 56 891 36 236 236 13Cs 154 Xe 144 Xe 239U 39Rb Sr 235U 236U 236U 92 ¹331 90 38 Sr 144 Ba 137 3 Kr 39Rb 1024 39 1.6 Funktionsweise Kernkraftwerk KERNFUSION 2.1 Allgemeine Fakten ■ I I natürliches Vorkommen: im inneren der Sonne und anderer Sterne Verschmelzung leichter Atomkerne zu einem schwereren Atomkern → Freisetzung von Neutronen kann endotherm oder exotherm ablaufen Bedingung: hoher Druck und hohe Temperatur Kettenreaktion ist nicht möglich 2Η ЗН 4He + 3.5 MeV n + 14.1 MeV Proton Neutron 2.1 Allgemeine Fakten ■ I ■ natürliches Vorkommen: im inneren der Sonne und anderer Sterne Verschmelzung leichter Atomkerne zu einem schwereren Atomkern →...
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Freisetzung von Neutronen kann endotherm oder exotherm ablaufen Bedingung: hoher Druck und hohe Temperatur Kettenreaktion ist nicht möglich D² Dỉ +Tỉ → He£ + nổ Am = 0,018 u E = Am * c² E = 0,018 * 1,6605 * 10−²7 kg * (2,9979 * 108- E 2,7* 10-121 m sz)² 2.2 Entdeckung erste (endotherme) Kernfusion durch Rutherford ■ ■ erste gezielte Kernfusion: Beschuss von Deuterium mit Deuteriumkernen weitere Forschung mit Ziel der Waffenentwicklung ▪ Entwicklung der Wasserstoffbombe durch Edward Teller und Stanislaw Ulam → erster Einsatz am 1. November 1952 weitere Forschung zur Nutzung als neue Energiequelle ■ 2.3 Kernfusion als Energiequelle aussichtsreichster Brennstoff: Deuterium- Tritium-Gemisch Lawson-Kriterium muss für selbstständigen Ablauf der Reaktion erfüllt sein → Produkt aus Temperatur, Teilchendichte und Energieeinschlusszeit derzeitiges Problem: Erzeugung eines stabilen Plasmas 1081-810 HE ■ ■ 2.3 Kernfusion als Energiequelle ■ Kernfusion erstmals im Fusionsreaktor I erforderliche Energieeinschlusszeit konnte bisher nicht erreicht werden JET demonstriert erster physikalischer Energiegewinn soll mit ITER erreicht werden erste Stromproduktion mit DEMO geplant 1081-800 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quellen https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/kernfusion https://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/pr/fusion21/kernfusion/index https://www.chemie.de/lexikon/Kernfusion.html https://kernenergie.technology/was-ist-kernenergie/kernfusion https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/kernspaltung https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/kernenergie/kernspaltung/ https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/kernspaltung-2001 https://www.kernenergie.ch/de/so-funktioniert-ein-kernkraftwerk.html Bildquellen Abb. 1: https://www.dewezet.de/cms_media/module_img/23133/11566890_1_articledetail_das-aus-fuer-das-akw- grohnde-ist-beschlossene-sache-inzwischen-melden-sich-wieder-mehr-befuerworter-der-kernenergie-foto-r-sander.jpg Abb. 2: https://ssl.loggpro.net/rainer/wp-content/uploads/2015/05/Kernspaltung.png https://blogs.ei.columbia.edu/wp-content/uploads/2020/11/Fission.jpg Abb. 3: Abb. 4: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f0/Nuclear_fission_chain_reaction.svg/1186px- Nuclear_fission_chain_reaction.svg.png Abb. 5: https://de.academic.ru/pictures/dewiki/75/Kernkraftwerk_Grafenrheinfeld_8.jpg Abb. 6: https://www.berlinertageszeitung.de/images/Atombombe.jpg Abb. 7: https://astrowoche.wunderweib.de/assets/field/image/astro-wissen-sonne-quadrat-opposition-fb.jpg Abb. 8: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3b/Deuterium-tritium_fusion.svg/1200px-Deuterium- tritium_fusion.svg.png Bildquellen Abb. 9: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/%22lvy_Mike%22_atmospheric_nuclear_test_- _November_1952_-_Flickr_-_The_Official_CTBTO_Photostream.jpg Abb. 10: https://img.welt.de/img/wissenschaft/mobile105229312/3792502567-ci1021-w1024/Sonnenfeuer-ak- 031111-DW-Wissenschaft-Culham-jpg.jpg Abb. 11: https://img-aws.ehowcdn.com/877x500p/s3-us-west- 1.amazonaws.com/contentlab.studiod/getty/c8e755463fce47ad88cdd2a00fe49136