konzepte ii (ss 2007; d. rehder) teil (2): elementarteilchen und atombau kernfusion; die entstehung...

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  • Folie 1
  • Konzepte II (SS 2007; D. Rehder) Teil (2): Elementarteilchen und Atombau Kernfusion; die Entstehung der Elemente Kernspaltung und Urananreicherung
  • Folie 2
  • Streuversuche mit -Teilchen und Goldfolie (Rutherford 1911) Goldfolie - Ausschnitt -Teilchen = Heliumkerne, ( 2 He) 2+ 4
  • Folie 3
  • Rutherfords Streuversuche mit - Teilchen und Goldfolie (1911): 1. Atome sind weitgehend leer 2. Der Masseschwerpunkt der Atome liegt im Kern; der Kern ist positiv geladen 3. Das Volumen der Atome wird durch eine negativ geladene Hlle reprsentiert Protonen Elektronen Durchmesser Hlle: 10 -5 m; Durchmesser Kern: 10 -10 m
  • Folie 4
  • Marie und Pierre Curie Entdeckung des Radiums und Poloniums 1898 Henri Bequerel Entdeckung des Phnomens Radioaktivitt 1896
  • Folie 5
  • Ablenkung von -, - und -Strahlung im elektrischen Feld - Ra-Quelle +
  • Folie 6
  • Sddeutsche Zeitung, 9.10.2002 10 Milliarden Neutrinos pro Sekunde
  • Folie 7
  • Folie 8
  • Radioaktivitt - Maeinheiten AktivittBq (Bequerel)1 Bq = 1 Zerfall s -1 Biologische Wirkung: Energiedosis Gy (Gray)1 Gy = 1 J/kg Biologische Wirkung: quivalentdosis = Energiedosis Q Sv (Sievert)1 Sv = 1 J/kg Q = 20 fr, 1 fr, und X ; 3-10 fr Neutronen 1 Sv = 100 rem (Rntgen equivalent man) 3,710 10 Bq = 1 Ci (Curie)
  • Folie 9
  • Fusion
  • Folie 10
  • + Kernfusion (z.B. auf der Sonne)
  • Folie 11
  • Wasserstoffisotope t 1/2 = 12.35 a radioaktiv 3
  • Folie 12
  • Natrliche Fusion (Sonne), Binnentemperatur ca. 10 6 K
  • Folie 13
  • Knstliche Fusion; Wasserstoffbombe
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Fusionsreaktor Fusionszone
  • Folie 16
  • Erzeugung berschwerer Kerne Projektil: 54 Cr Target: 209 Bi Verbundkern: 263 107 Endkern: 262 107 n spontane Spaltung
  • Folie 17
  • Insel der superschweren Elemente im Meer der Instabilitt Sn Pb U, Th 112 Eka-Hg
  • Folie 18
  • Entstehung schwerer Elemente in heien Sternen
  • Folie 19
  • Folie 20
  • Interstellare Wasserstoffwolken Ort der Sternentstehung
  • Folie 21
  • Hertzsprung-Russel Diagramm Leuchtkraft in Einheiten der Sonne Temperatur in K Instabilitt Masseverslust
  • Folie 22
  • Wasserstofffusion (Hydrogen burning)
  • Folie 23
  • Heliumfusion (Helium burning)
  • Folie 24
  • r-Prozess > 10 9 K Nucleosynthese 10 9 K e-Prozess (Si burning) 10 9 K He burning 10 8 K H burning 10 7 K
  • Folie 25
  • Sternentwicklung und Fusion
  • Folie 26
  • CNO- oder Bethe- Weizscker-Zyklus
  • Folie 27
  • Kernspaltung
  • Folie 28
  • Uranvorkommen
  • Folie 29
  • Pechblende (Uraninit) UO 2
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Uranspaltung - Kettenreaktion
  • Folie 32
  • Kernkraftwerke Isar-1 und Isar-2
  • Folie 33
  • Reaktorkern
  • Folie 34
  • Reaktorkern und Sekundrkreislauf
  • Folie 35
  • 1 Reaktorkern 2 Dampfturbine 3 Generator 4 Dampferzeuger 5 Kondensator 6 Pumpe Siedewasserreaktor
  • Folie 36
  • Tschernobyl April 1986
  • Folie 37
  • Folie 38
  • Folie 39
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Vom uranhaltigen Gestein zum Brennmaterial (1) Auslaugung mit H 2 SO 4 /Fe 3+ UO 2 SO 4 oder mit Soda/O 2 Na 4 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] (2) Fllen mit NH 3 als [NH 4 ] 2 [U 2 O 7 ] (3) Thermische Zersetzung zu U 3 O 8 (Yellow Cake) (4) berfhrung mit HF/F 2 in UF 6 (5) Anreicherung von 235 UF 6 (von 0,7 auf ca. 3%), z. B. durch Diffusion oder Zentrifugation (6) Hydrolyse von UF 6 zu UO 2 F 2 (7) Reduktion mit H 2 zu UO 2
  • Folie 42
  • Folie 43
  • Anreicherung durch Gasdiffusion
  • Folie 44
  • Anreicherung durch Zentrifugieren Rotor UF 6 235 U- abgereichert 235 U- angereichert
  • Folie 45
  • Folie 46
  • Purex-Verfahren (Prinzip) TBP : O=P(OC 4 H 9 ) 3 T ri b utyl p hosphineoxid
  • Folie 47
  • Purex-Verfahren Lsen in HNO 3 ; Extraktion mit O=P(OBu) 3 /Dodekan Organische Phase: U VI, Pu IV Wssrige Phase: Spaltprodukte N2H4N2H4 U IV, Pu III Extraktion mit Wasser Wssrige Phase: Pu III Oxalat Pu 2 (ox) 3 PuO 2 Organische Phase: U IV + HNO 3 /H 2 O U VI NH 3 (NH 4 ) 2 [U 2 O 7 ]