Space P
Tu Dresden
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Flashcards
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)
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
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
RTGs use thermoelectric generators to convert heat from the radioactive material into electricity. Thermoelectric modules, though very reliable and long-lasting, are very inefficient; efficiencies above 10% have never been achieved and most RTGs have efficiencies between 3–7%. Thermoelectric materials in space missions to date have included silicon–germanium alloys, lead telluride and tellurides of antimony, germanium and silver (TAGS). Studies have been done on improving efficiency by using other technologies to generate electricity from heat. Achieving higher efficiency would mean less radioactive fuel is needed to produce the same amount of power, and therefore a lighter overall weight for the generator. This is a critically important factor in spaceflight launch cost considerations.
A thermionic converter—an energy conversion device which relies on the principle of thermionic emission—can achieve efficiencies between 10–20%, but requires higher temperatures than those at which standard RTGs run. Some prototype 210Po RTGs have used thermionics, and potentially other extremely radioactive isotopes could also provide power by this means, but short half-lives make these unfeasible. Several space-bound nuclear reactors have used thermionics, but nuclear reactors are usually too heavy to use on most space probes.
Thermophotovoltaic cells work by the same principles as a photovoltaic cell, except that they convert infrared light emitted by a hot surface rather than visible light into electricity. Thermophotovoltaic cells have an efficiency slightly higher than thermoelectric modules (TEMs) and can be overlaid on top of themselves, potentially doubling efficiency. Systems with radioisotope generators simulated by electric heaters have demonstrated efficiencies of 20%,[25] but have not yet been tested with radioisotopes. Some theoretical thermophotovoltaic cell designs have efficiencies up to 30%, but these have yet to be built or confirmed. Thermophotovoltaic cells and silicon TEMs degrade faster than metal TEMs, especially in the presence of ionizing radiation.
Isolator
"Energielücke (energy gap)" zum nächsten erlaubten Leitungsband so groß, dass Valenzelektron keine Energie aus einem angeregten Feld aufnehmen kann, um sie zu überwinden. Z.B. Diamant: Eg = 5,3 eV Þ Bei Raumtemperatur kein Strom.