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Kernenergie

Kernspaltung/ Atombombe/ Reaktortypen/ Kernfusion/ moralische Verantwortung in der Wissenschaft Sascha, Michael, Tobias, Martin und Marius
by

Marius Nagel

on 18 June 2012

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Transcript of Kernenergie

Die Kernspaltung Atombombe Kernfusion Wissenschaft und Verantwortung Kernenergie Entsorgung des Atommülls Abgebrannte Brennelemente enthalten immer noch spaltbares Material

1 Jahr Lagerung im Wasserbecken
kurzlebige Spaltprodukte klingen auf <1% des Anfangwertes ab
Transport in Wiederaufbereitungsanlage
Uran und Plutonium werden chemisch abgetrennt und zum Bau neuer Brennelemente benutzt
nicht verwertbare, radioaktive Reste werden in Salzstöcken oder Granitgesteinen gelagert (z.b. Asse)
Schutz durch Barrieren und trockene Umgebung vor Freisetzung Missbrauch von Kernenergie Dem Iran wird vorgeworfen, die Entwicklung von Atomwaffen anzustreben.
Wettrüsten im Kalten Krieg zwischen Amerika und Russland.
Viele Länder ziehen dem Atomwaffentrend nach und Terroristen gelangen an tödliche Waffen.
Die Welt könnte sich mit Atomwaffen ettliche Male selbst auslöschen. Reaktorunfall in Tschernobyl 26.04.1986 Eine chemische Explosion, herbeigeführt durch den Verlust des Kühlmittels (Wasser), mit nachfolgendem Graphitbrannt (Moderator) zerstört das Kraftwerk und schleudert radioaktive Stoffe in die Atmosphäre.
Durch Wind über Europa verteilt.
Folgen:
vorzeitiger Tod
Krebsleiden
Missbildungen
ökonomische, politische, psychosomatische, soziale Schäden Sicherheit von Kernkraftwerken Entwicklung von Reaktortypen, die im Schadensfall:
1) von selbst erlöschen
2) keine radioaktive Stoffe freisetzen
3) die Nachzerfallswärme der radioaktiven Spaltprodukte ohne Eingriffe von außen und ohne Beschädigung des Reaktors nach außen abführen
Strahlenschutzverordnung: Strahlenbelastung darf bei Normalbetrieb oder bei Unfällen nicht 0,3 mSv im Jahr überschreiten. Opfer von Unfällen und Missbrauch von Kernenergie Angriff auf Japan im zweiten Weltkrieg
Tschernobyl
Fukushima
jahrelanges Leiden der Betroffenen
Verseuchung der Umwelt und Lebensmitteln
unvorhersehbare und nich kalkulierbare Auswirkungen Verantwortung WANN
vorher/nachher WOVOR
Instanz WAS
Handlung WOFÜR
Folgen WESWEGEN
Werte WER
Akteur Albert Einstein dient als Veranschaulichung der Verbindung zwischen Wissenschaft und Verantwortung.
Er warnt Roosevelt vor dem Bau der Atombombe und verurteilt das weltweite Wettrüsten. Allgemein Vorgang bei dem ein Atom in mehrere Atome zerlegt wird.
Der neu entstandene Stoff heißt Spaltprodukt Spaltung Spontane Spaltung
Spaltung der Atomkerne ohne äußere Einwirkung
Eine Art radioaktiver Zerfall
Induzierte Spaltung
Ein Neutron trifft zufällig auf einen Atomkern das von diesem Absorbiert wird
Der Kern gewinnt dadurch an Bindungsenergie Spaltbarkeit Thermische Neutronen
Langsame Neutronen
Dadurch meist nur Isotope mit ungerader Ordnungszahl spaltbar
Schnelle Neutronen
Entstehen bei der Spaltung von Atome
Dadurch sind auch Isotope mit gerader Ordnungszahl spaltbar
Bei dieser Spaltung entstehen bei manchen Stoffen mehrere Neutronen Der Aufbau einer Plutonium-Bombe Die „Implosionsbombe“ – Beispiel: „Fat Man“ Sprengkraft ca. 21 Kilotonnen TNT ①1) & 2): Mehrlagige Implosionsanordnung (Dicke: 45 cm)
③3) Neutronenreflektor U-238 (Dicke: 13 cm)
④4) Neutronenquelle (Durchmesser: 2 cm)
⑤5) Hohlkugel aus Plutonium (Durchmesser: 9,2 cm)
⑥6) Bei Zündung von 1)① & 2)② Schockwelle nach innen Grundlegendes Uran- oder Plutoniumbombe
Uran aus folgenden drei Isotopen:
U-234 (≈ 0,006%)
U-235 (0,7%)  Kleine „kritische Masse“: 50kg
U-238 (≈ 99,294%)
Plutonium aus mehreren Isotopen:
Pu-239 (> 93%)  Kleine „kritische Masse“: 10kg
Andere Pu-Isotope
„Vorteil“: Genügend schnelle Neutronen lösen Kernspaltungen für Kettenreaktion aus Grundlegendes Die kritische Masse
Mindestmasse eines Nuklids  Kettenreaktion
Wenn ein gespaltener Kern mehr als einen weiteren Kern spaltet, spricht man von explosiver Kettenreaktion

Funktionsweise der Atombombe
Zwei unterkritische Teilstücke werden mittels einem Sprengsatz (Octol: HMX und TNT) zu einem schlagartigen überkritischem Gesamtstück  Kettenreaktion  Explusion Kettenreaktion ①1) Neutroneneinfall mit anschließendem Zerfall in Promethium und Yttrium
②2) Aussendung zwei oder drei neuer Neutronen
③3) Aussendung von Elektronen
④4) Gamma-Quanten Der Aufbau einer Uran-Bombe Sprengkraft ca. 13 Kilotonnen TNT
1 kT (Kilotonne TNT) = 4,184 · 1012 J = 1,162 GWh Das „Kanonenprinzip“ – Beispiel: „Little Boy“ ①1) Sprengsatz zum Beschleunigen
②2) Lauf für das Geschoss
③3) Hohler Uran-Zylinder
④4) Uran-Dorn („Ziel“) Der Aufbau einer Uran-Bombe Sobald der Zylinder (25,6 kg) und der Dorn (38,4 kg) vereint sind, entsteht ein überkritisches Gesamtstück (64 kg)
Die Kettenreaktion beginnt schlagartig


„Little Boy“ hatte 64 kg Sprengmaterial (U-235), wobei lediglich ungefähr 1 kg gespalten wurde. Der Aufbau einer Plutonium-Bombe Die 32 Felder (Fußball) verursachen Schockwelle (Implosion)
Plutoniumkern wird zur überkritischen Masse komprimiert und Neutronenquelle aktiviert


„Fat Man“ hatte 6,2 kg Spaltmaterial (Pu-239), wobei lediglich ≈20% (1,2 kg) gespalten wurden. Beispiel einer Kettenreaktion Auswirkungen einer Atombombe 1. Verdampfungspunkt (0,8 km bis 14 km)
Alles wird durch die Detonation verdampft.
Todesfälle: 98%, Überdruck: 1,7 bar,
Windgeschwindigkeit: 515 km/h

2. Vollständige Zerstörung (1,6 km bis 22,5 km)
Alle oberirdischen Strukturen werden zerstört.
Todesfälle: 90%, Überdruck=1,1 bar,
Windgeschwindigkeit: 465 km/h

3. Schwere Beschädigungen durch die Druckwelle (2,8 km bis 43,5 km)
Fabriken und andere große Gebäude stürzen ein, Autobahnbrücken werden stark beschädigt, Flüße fließen manchmal rückwärts.
Todesfälle: 65%, Verletzungsfälle: 30%,
Überdruck: 0,6 bar, Windgeschwindigkeit: 420 km/h

4. Schwere Beschädigungen durch die Hitzewelle (4 km bis 50 km)
Alles Brennbare wird entflammt, Menschen im Einzugsbereich der Hitzewelle leiden wegen der großräumigen Brände an Sauerstoffmangel.
Todesfälle: 50%, Verletzungsfälle: 45%,
Überdruck=0,4 bar, Windgeschwindigkeit: 225 km/h

5. Schwere Beschädigungen durch Feuer und Wind (4,8 km bis 56 km)
Ortsfeste Strukturen werden schwer beschädigt, Menschen werden durch die Luft gewirbelt, die meisten Überlebenden erleiden Verbrennungen 2. und 3. Grades.
Todesfälle: 15%, Verletzungsfälle: 50%,
Überdruck=0,2 bar, Windgeschwindigkeit: 160 km/h

Quelle: http://www.safog.com/home/atombombe.html#Nebenprodukte Auswirkungen einer Atombombe Bloße Explosion ist tödlich
Regen (Fallout: folgt immer nach Detonation) ist radioaktiv  Sekundärstrahlung
Schwindel, Erbrechen, Krämpfe, Durchfall, Fieber, Schock, blutender Schleimhautzerfall in Rachen usw.
Erliegen von elektrischen Geräten durch EMP (elektromagnetischer Impuls) im Radius bis ca. 80 km Agenda Die Kernspaltung
Atombombe
Kernfusion
Reaktortypen
Wissenschaft und Verantwortung Reaktortypen Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor Hochtemperaturreaktor Brutreaktor Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! Die Kernfusion ist eine Kernreaktion, bei der zwei Atomkerne zu einem neuen Kern „verschmelzen“ Deuterium ist ein natürliches Isotop des Wasserstoffs.
Sein Atomkern wird auch Deuteron genannt, er besteht aus einem Proton und einem Neutron (²H).
Deuterium wird auch als „Schwerer Wasserstoff“ bezeichnet Tritium ist ein natürliches Isotop des Wasserstoffs.
Sein Atomkern wird auch Triton genannt, er besteht aus einem Proton und zwei Neutronen (³H).
Tritium wird auch als „Überschwerer“ oder „Superschwerer" Wasserstoff bezeichnet. Coulombbarriere Es wird eine hohe kin. Energie benötigt, sodass sich die beiden Atomkerne fusionieren können Fusionsreaktor Proton <> Proton
Abstoßung der beiden Fusionskerne voneinander, da gleichnamige Ladung (bei Deuterium und Tritium ca. 0,4 MeV) Der Kern wechselt in einen angeregten Zustand
Es sind aber auch andere Abläufe möglich
Spaltung kommt nur bei genug schweren Nukliden vor
Enstehende Neutronen haben meiste eine Energie von 2-15 MeV Bei einer Kernspaltung entstehen aus einem schweren Kern zwei etwa gleich große Spaltkerne, schnelle Neutronen und Gammestrahlung. Bezeichnung dafür, dass ein atomares Teilchen eine Potentialbarriere von endlicher Höhe auch dann überwinden kann, wenn seine Energie geringer als die Höhe der Barriere ist. Plasma im Inneren des Tokamaks wird auf bis zu 100 Millionen °C erhitzt Es wurde jedoch noch kein dauerhafter Fusionsbetrieb erreicht Das heutige Energieproblem könnte durch die Kernfusion gelöst werden Tokamak-Reaktor Die freigesetzten Neutronen geben ihre Energie an ein Absorbermaterial (hier Lithium) ab Es entsteht keine wirkliche Kettenreaktion wie bei der Kernspaltung, jedoch wird eine kettenartige Reaktion von der Wissenschaft angestrebt
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