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Tu Dresden

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H. D.
Diese Karteikarten bieten einen umfassenden Überblick über die Technologien und Prinzipien der Raumfahrttechnik auf Universitätsniveau. Sie behandeln Themen wie Brennstoffzellen, Halbleiter, thermoelektrische Generatoren, Strahlung und Kernreaktionen, wobei der Fokus auf der Energieerzeugung und -umwandlung liegt. Besonders relevant sind die Anwendungen in Raumfahrtsystemen, wie die Nutzung von Radioisotopen-Thermoelektrischen Generatoren (RTGs) und die Abschirmung von Strahlung. Diese Karteikarten sind ideal für Studierende und Forscher, die sich mit den technischen Aspekten der Raumfahrt und Energieversorgung in extremen Umgebungen beschäftigen.
Karten
115
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
13.02.2021 / 04.03.2021

Lernkarten

Nachteile RTG

Radioaktivität

ist der spontane Zerfall instabiler Atomkerne und Teilchen, der von Emission energiereicher Strahlung, wie α-Partikel, β-Partikel, γ-Strahlung, Neutrinos, Neutronen (η) oder Protonen begleitet ist.

Radioaktiver Zerfall àMassenreduktion -> E = m*c²

Was sind radioisotope

Ein chem. Element wird über die Protonenzahl im Atomkern definiert. Atomkerne, die bei gleicher Protonenzahl eine verschiedene Zahl von Neutronen besitzen, sind sog. Isotopedes selbigen chem. Elementes.

Die Isotope, die instabil sind, d.h. die einem radioaktivem Zerfall unterliegen, sind Radioisotope.

α-Teilchen

leicht abzubremsen

β-Teilchen

-> wenn positives und negatives positronium zusammen treffen, dann entsteht gamma strahlung als sekundärstrahlung (bremsstrahlung)

γ-Strahlung

gute dämpfung durch mehrere material eindringen

was ist unterm günen

was ist bremsstrahlung

-> wenn positives und negatives positronium zusammen treffen, dann entsteht gamma strahlung als sekundärstrahlung (bremsstrahlung)

gute dämpfung durch mehrere material eindringendurch was kann man alpha gamma und beta strahlung bremsen

gute dämpfung durch mehrere material eindringen

Neutronen

ungeladene Neutralteilchen mit einer Masse von 1,675*10-27kg. Ein freies Neutron ist außerhalb des Atomkerns instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 12 min in ein Proton, Elektron und ein Antineutrino. Neutronenstrahler sind selten und kurzlebig.

Neutrinos, Antineutrino

sind neutrale Teilchen mit der Ruhemasse 0.

Fast keine Wechsel-wirkungen

Proton

ein positives geladenes Elementarteilchen mit der Ruhemasse 1.673 * 10-27kg. Die Zahl der Protonen im Atomkern bestimmt das Element und ist gleichzeitig die AtomzahlZ.

natürlich vs künstliche radioisotope

günstiger zerfallskette -> auch nachfolgende radioisotope sind größtenteils alüha strahler

Energie produktion und Leistung von zerfall

die "energieproduktioB" hängt von der Anzahl der zerfallenen Kerne ab, die Leistung von der Zahl der zerfallenden

für die je zeiteinheit umgewandelten kerne ->

 

was bedeuted geiger nuttallsche beziehung

für alpha strahlung?)

 die energie nimmt logarithmic mit der zeit ab

lange halbwertzeit -> geringere spezifische leistung

hohe spezifische leistung -> geringe halbwertszeit

was ist halbwertszeit

lurze halbwertszeit -> früher leistungs abfall

Kriterien zur Auswahl von Radioisotopen für RTGs

wenig gamma und beta stahlung -> alpha strahler wird bevorzugt

Äquivalentdosis

unterschied zur energie dosis

was mit der masse in der eingedragenen enegie passiert, abhängig von strahlungs art

vor nachteile Pu238

Herstellung Pu238

wird aus Neptunium 237

 Np237 -> Abfallprodukt in Urankernkraftwerken

abtrennung von anderen stoffen + reinigung

pressung in pillen

1 jahr mit neutronen bestrahlen 1  kg PU238 aus 17 kg 237

2 jahre zwischenlagern -> kurzlebige isotope klingen ab

umwandlen zu PuO16

pressen zu pellets

nenne 3 probleme bei der Pu238 herstellung

1. PuO16_2 muß möglichst rein vorliegen

-> Verunreinigungen führen zu anderen Zerfallsreihenà

-> teilweise hohe Neutronen und y-Strahlung der unerwünschten Zerfallsprodukte

 

2.eigene α-Strahlung kann zu unerwünschten Sauerstoffreaktionen im Oxid führen unter Abgabe von Neutronen und Υ-Strahlung

 

3. Bei Herstellung von Pu238 entsteht immer auch etwas Pu236

-> Zwischenprodukte von Pu236 -> Ti238 und Bi212 (keine alpha strahlung)

warum ist abschirmung benötigt

α-Strahlung -> relativ einfach abzuschirmen

β-Strahlung -> erzeugt im Material Bremsstrahlung = γ-Strahlung

γ-Strahlung -> starkes Durchdringungsvermögen

Abschirmung ist so Auszulegen, daßselbst bei Zersetzung und Ab-schmelzen des Abschirmmateriales durch die Strahlung die Abschirmung der Elektronik / des RFZ gewährleistet ist.

abhängigkeit des stoßquerschnitts

Problem:

-dreidimensionales Strahlungsfeld

-Auftreten von Sekundärstrahlung

-Reaktion des gewählten Materials

-Temperatureinflußdurch Strahlung

Abschirmung γ-Strahlung

Materialien mit schweren Atomen wählen!!

Blei

Wolfram

Uran (kein Uranisotop)

Druckaufbau

woher?

problem?

 

Seebeck-Effekt

Peltier-Effekt

Thomson-Effekt

ThermoelektrischeWandlung n_teg

TEG materialanforderungen

große Thermokraft -> Seebeck

große elektrische Leitfähigkeit

geringe thermische Leitfähigkeit

-> Forderungen schließen Metalle und Isolatoren aus!

BiTe

PbTe

Pb-Sn-Te

Si-Ge

Thermoelektrische Wandlung Aufbau

Halbleiter im n-Typus -> Strom von T_kalt zu T_heiß

Halbleiter im p-Typus -> Strom von T_heiß zu T_kalt

Ordnung der Thermoelemente, so daßdas heiße Ende ein n-p Übergang ist, so addieren sich die Thermokräfte!

elektrische Serienschaltung der Einzelpaare bei thermischer Parallelschaltung

TEG Elemente in Serie / Parallel für Strom-/Spannungsanforderungen

Aufbau, mehrstufige TEGs

RTG warum ist Maximale Leistung ist immer bei gleicher Spannung

strahlungstypen kernspaltung

Reaktionsprodukte bei U235 spaltung

Bedeutung der Spaltprodukte

wieso neutronen zum beschuss von reaktoren?

Protonen und Alphateilchen könnten nur bei extrem hoher Geschwindigkeit in den Kern eindringen

Prinzip kettenreaktion bis zu netronen treffen neuen kern

Anregungsenergie durch Neutronenbeschuss

(ThermalisierteNeutronen gelangen durch Überwindung der Potentialschwelle (quantenmechanischer Tunneleffekt) ohne ein abstoßendes Potential überwinden zu müssen, direkt in den Kern)

Abgabe der Bindungsenergie und der Kinetischen Energie des Neutrons an den Kern

Anregung des Kerns ( kern schwingt)

falls ausreichend energie -> freisetzung der reaktionsprodukte

davon 2-3 Neutronen

zum aufrechterhalten der kettenreaktion muss nun eines dieser wieder eine spaltung verursachen (kinetische energie der freigesetzten neutronen ist unterschiedlich -> spaltspektrum, mittle 0.7 MeV)

neutronen bewegen sich, bis sie auf atomkern kommen (abhängig vom wirkquerschnitt σ)

was kann passieren wenn ein neutron einen kern trifft

Einfang ohne Spaltung

kern angeregt und gibt strahlung ab bis er wieder in grundzustand ist

(bindungsenergie des neutronen wird frei)

Abgabe eines β-oder γ-Quants

 

spaltung

Bindungsenergie + Kinetische Energie des Neutrons

starke schwingung

spaltung

 

elastische streuung

Neutron wird elastisch am Kern gestreut

Richtungsänderung des Neutrones

keine enrgie in den kern

 

inelastische Streuung

Te i l d e r K i n. E . w i rd an d e n Ke rn ab g e g e b e n

teilweise Anregung des Kerns

Aussendung eines γ-Quants (radioaktive Strahlung)

bis grundzustand

von was hängt die aufrecht erhaltung der kettenreaktion ab

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