kernenergie

Question 1

Kernfusion

Answer 1

Bei der Fusion leichter Kerne ebenso wie dei der Spaltung schwerer Kerne wird Bindungsenergie freigesetzt.

Question 2

Kernfusion Ablauf

Answer 2

• Die wechselseitige elektrostatische Abstoßung muss überwunden werden. Atomkerne müssen so nahe sein, dass die Kernkräfte wirksam werden. (z.B. Kerne mit Beschleunigern gegeneinander schießen, oder hohe Temperaturen)
• Bei genügend hoher k. Energie der Kernbausteine wird die Abstoßung überwunden.
• Die Kernbausteine fusionieren. (Einige hundert keV werden benötigt)

Question 3

Kontrollierte Kernfusion

Answer 3

Deuterium und Tritium auf 100 Mio. K erhitzen.

• > Bei dieser Temp. werden die Elektronen durch Stöße von den Atomkernen losgelöst -> Plasma aus Kernen und Elektronen
• Das Plasma kann nicht aufbewahrt werden -> zerstört Gefäßwände oder kühlt an den Wänden rasch ab. (Magnetfeld)

Question 4

Pinch-Effekt

Answer 4

Wird genutzt um Plasma von den Wänden fernzuhalten.

• Parallele Ströme ziehen sich an -> stromdurchflossenes Plasma schnürrt sich zusammen. (Desto größer der Strom, desto größer die Einschnürrung)
• Plasma löst sich schließlich von den Gefäßwänden.

Question 5

Tokamak

Answer 5

Magnetfledkonfiguration.
Durch eine autoreifenförmige Anordnung von stromdurchflossenen Spulen wird ein ringförmiges (toroidales) Magnetfeld erzeugt. Das im Magnetfeld eingeschlossene Plasma bildet die Sekundärwicklung eines Transformators. Bei Änderung des Magnetflusses wird im Plasma ein Ringstrom induziert.

Question 6

Tokamak Problem

Answer 6

Der Ringstrom im Plasma kann nur so lange aufrechterhalten werden kann, wie der magnetische Fluss im Transformator ansteigt. Bei Umpolung bricht der Plasmastrom zusammen.

Question 7

Kernspaltung

Answer 7

Kerne des Isotops U-235 lassen sich durch langsame Neutronen leicht spalten. Bei jeder Spaltung eines Kerns wird eine Energie von rund 180 MeV frei. Die entstehenden Kerne mit mittlerer Massenzahl fliegen infolge der abstoßenden elektrischen Kräfte mit großer Geschwindigkeit auseinander.

Question 8

Kettenreaktion

Answer 8

Bei jeder Spaltung eines Urankerns werden auch zwei bis drei Neutronen freigesetzt, die weitere Spaltungen auslösen.

Question 9

Multiplikationsfaktor k.

Answer 9

Vermehrung
Bei einer Kettenreakion kann sich die Zahl der an der Spaltung beteiligten Neutronen von „Generation zu Generation” rasch vermehren.

Question 10

k>1

Answer 10

Anzahl der an der Spaltung beteiligten Neutronen steigt lawinenartig an. Urankerne werden unter Abgabe ungeheurer Energiemengen in Sekundenbruchteilen gespalten. Dies führt bei einer Atombombe zur Explosion.

Question 11

k<1

Answer 11

Anzahl der Neutronen und der Kernspaltungen nimmt mit der Zeit sehr rasch ab und die Kettenreaktion kommt zum Stillstand.

Question 12

k=1

Answer 12

Zahl der Neutronen und der Spaltungen bleibt zeitlich konstant.