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Konzepte II (SS 2007; D. Rehder) Teil (2): Elementarteilchen und Atombau

Konzepte II (SS 2007; D. Rehder) Teil (2): Elementarteilchen und Atombau Kernfusion; die Entstehung der Elemente Kernspaltung und Urananreicherung. Goldfolie - Ausschnitt. a -Teilchen = Heliumkerne, ( 2 He) 2+. 4. Streuversuche mit a -Teilchen und Goldfolie (Rutherford 1911).

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Konzepte II (SS 2007; D. Rehder) Teil (2): Elementarteilchen und Atombau

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Presentation Transcript

  1. Konzepte II (SS 2007; D. Rehder) Teil (2): Elementarteilchen und Atombau Kernfusion; die Entstehung der Elemente Kernspaltung und Urananreicherung

  2. Goldfolie - Ausschnitt a-Teilchen = Heliumkerne, (2He)2+ 4 Streuversuche mit a-Teilchen und Goldfolie (Rutherford 1911)

  3. Protonen Elektronen Rutherfords Streuversuche mit a-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 Hülle repräsentiert Durchmesser Hülle: 10-5 m; Durchmesser Kern: 10-10 m

  4. Marie und Pierre Curie Entdeckung des Radiums und Poloniums 1898 Henri Bequerel Entdeckung des Phänomens „Radioaktivität“ 1896

  5. Ablenkung von a-, b- und g-Strahlung im elektrischen Feld g + a b- Ra-Quelle

  6. 10 Milliarden Neutrinos pro Sekunde Süddeutsche Zeitung, 9.10.2002

  7. Radioaktivität - Maßeinheiten Aktivität Bq (Bequerel) 1 Bq = 1 Zerfall s-1 3,7·1010 Bq = 1 Ci (Curie) Biologische Wirkung: Energiedosis Gy (Gray) 1 Gy = 1 J/kg Biologische Wirkung: Äquivalentdosis = Energiedosis  Q Sv (Sievert) 1 Sv = 1 J/kg Q = 20 für a, 1 für b, g und X; 3-10 für Neutronen 1 Sv = 100 rem (Röntgen equivalent man)

  8. Fusion

  9. + Kernfusion (z.B. auf der Sonne)

  10. radioaktiv 3 Wasserstoffisotope t1/2 = 12.35 a

  11. Natürliche Fusion (Sonne), Binnentemperatur ca. 106 K

  12. Künstliche Fusion; Wasserstoffbombe

  13. Künstliche Fusion; Wasserstoffbombe

  14. Fusionsreaktor Fusionszone

  15. Erzeugung überschwerer Kerne Endkern: 262107 Verbundkern: 263107 Target: 209Bi Projektil: 54Cr n g spontane Spaltung

  16. „Insel der superschweren Elemente im Meer der Instabilität“ U, Th 112 Eka-Hg Pb Sn

  17. Entstehung schwerer Elemente in heißen Sternen

  18. Ort der Sternentstehung Interstellare Wasserstoffwolken

  19. Instabilität  Masseverslust Leuchtkraft in Einheiten der Sonne Hertzsprung-Russel Diagramm Temperatur in K

  20. Wasserstofffusion (Hydrogen burning)

  21. Heliumfusion (Helium burning)

  22. 107 K H burning 108 K He burning 109 K Nucleosynthese 109 K e-Prozess (Si burning) > 109 K r-Prozess

  23. Sternentwicklung und Fusion

  24. CNO- oder Bethe-Weizsäcker-Zyklus

  25. Kernspaltung

  26. Uranvorkommen

  27. Pechblende (Uraninit) UO2

  28. Uranspaltung - Kettenreaktion

  29. Kernkraftwerke Isar-1 und Isar-2

  30. Reaktorkern

  31. Reaktorkern und Sekundärkreislauf

  32. Siedewasserreaktor 1 Reaktorkern2 Dampfturbine3 Generator4 Dampferzeuger5 Kondensator6 Pumpe

  33. Tschernobyl April 1986

  34. Vom uranhaltigen Gestein zum Brennmaterial (1) Auslaugung mit H2SO4/Fe3+  UO2SO4 oder mit Soda/O2  Na4[UO2(CO3)3] (2) Fällen mit NH3 als [NH4]2[U2O7] (3) Thermische Zersetzung zu U3O8 („Yellow Cake“) (4) Überführung mit HF/F2 in UF6 (5) Anreicherung von 235UF6 (von 0,7 auf ca. 3%), z. B. durch Diffusion oder Zentrifugation (6) Hydrolyse von UF6 zu UO2F2 (7) Reduktion mit H2 zu UO2

  35. Anreicherung durch Gasdiffusion

  36. 235U-angereichert UF6 235U-abgereichert Anreicherung durch Zentrifugieren Rotor

  37. Purex-Verfahren (Prinzip) TBP: O=P(OC4H9)3Tributylphosphineoxid

  38. N2H4 Organische Phase: UIV + HNO3/H2O UVI Oxalat D NH3 PuO2 Purex-Verfahren Lösen in HNO3; Extraktion mit O=P(OBu)3/Dodekan Wässrige Phase: Spaltprodukte Organische Phase: UVI, PuIV UIV, PuIII Extraktion mit Wasser Wässrige Phase: PuIII Pu2(ox)3 (NH4)2[U2O7]

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