15 Kernphysik (AKWs)

1.) Durch die steuerbare Konzentration von Borsäure im Wasser des Reaktorkerns.

2.) Mit Hilfe von aus- und einfahrbaren Kadmium Stäben (=Steuerstäbe).

Wenn ein langsames Neutron einen Urankern trifft, so wird dieser gespalten. Der Urankern teilt sich in Barium, Krypton, 2-3 schnelle Neutronen und Bindungsenergie (~200MeV = Wärme) auf. Mithilfe von Wasser werden die schnellen Neutronen gebremst und so kann wieder ein Urankern gespalten werden.

Ein Elektron wird aus dem Kern herausgelöst. Übrig bleiben ³He und ein Elektron-Antineutrino.

\(T ={^3_1H}\rightarrow {^3_2He}+e^-+\bar{\nu}_e \)

Die Halbwertszeit ist die Zeit die benötigt wird bis die Hälfte des radioaktiven Materials zerfallen ist.

Bem: \(T_{1/2}=\frac{ln(2)}{\lambda}\)

λ...Zerfallskonstante

Radioaktive Strahlung ist so energiereich, dass sie aus Atomen oder Molekülen Elektronen entfernen kann.

Gamma-Strahlung ist eine Begleiterscheinung des Alpha- oder Beta-Zerfalls. Dabei fällt ein angeregter Atomkern in den Grundzustand zurück unter Aussendung vom Gamma Strahlung.

Gamma-Strahlung ist im pm Bereich.

Atomkerne mit einem Überschuss an Neutronen zerfallen über den β⁻-Prozess. Ein Neutron des Kerns wandelt sich in ein Proton um und sendet dabei ein Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino aus.

\(n^0 \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu_e}\)

Radioaktivität ist die spontane und zufällige Änderung istabiler Nuklide unter Aussendung von Alpha -, Beta - und/oder Gammastrahlung.

Ziel ist ein stabiler Atomkern, welcher i.A. erst nach mehrern Zerfällen erreicht wird.

Ein Atom besteht aus

• dem Atomkern mit Protonen und Neutronen
• der Atomhülle mit Elektornen

Im Bohrschen Atommodel ist die Atomhülle aus Schalen aufgebaut. Eigentlich sind es Orbitale.

Supraleiter erzeugen ein extrem starkes Magnetfeld, welches den Spin der Wasserstoffatomkerne ausrichtet. Beim Zurückfallen in den Grundzustand entsteht elektromagnetische Strahlung, welche in ein Bild umgerechnet werden kann. 

Bei einer Kernschmelze fällt jegliche Kühlung des Reaktors aus. Die Brennelemente überhitzen sich stark, schmelzen und laufen am Boden des Reaktors zusammen. Dabei kann hochradioaktives Material an die Außenwelt gelangen und Mensch und Umwelt gefährden.  

Das Atom besteht aus Atomkern und Atomhülle. 

Erklärung:

Beim Beschießen einer Goldfolie mit Alphateilchen hat er beobachtet, dass nur eine sehr kleine Anzahl von Alphateilchen seine Richtung ändert. Daraus lässt sich schließen, dass ein Atom nur ein sehr kleines Massezentrum besitzt, den Atomkern (positiv geladen).
Da die meisten Teilchen die Goldfolie ungehindert durchdringen, muss zwischen den Kernen ein großer Freiraum bestehen, Elektronen (negativ geladen), bilden auf Planetenbahen das Volumen.

PET: Positronen Emissons Tomographie

Dem Patienten werden β⁺ - Strahler injiziert. Das emittierte Positron trifft innerhalb weniger mm auf ein Elektron und zerstrahlt in zwei diametral verlaufende Gamma-Quanten. Eine ringförmige PET-Kamera registriert diese Strahlung und sendet sie an einen Rechner weiter. Dieser Rechner erstellt dann Bilder für den Arzt.

Positron + Elektron ⇒ Strahlungsenergie

• Das Atom besitzt 90 Nukleonen (Kernteilchen).
• Die Halbwertszeit beträgt 28,5 Jahre.
• Strontium 90 ist ein β^--Strahler.
• Die Zerfallsenergie beträgt 0,5 MeV.
• Es sendet keine γ-Strahlung aus.

Hochenergetische Röntgenstrahlung wird beim Durchgang durch den menschlichen Körper von verschiedenen Organen und dem Skellet unterschiedlich stark absorbiert. Daher wird die nachfolgende Fotoplatte unterschiedlich stark beleuchtet.

Kurzlebige Radionukleide werden in den Köper injiziert. Diese sammeln sich je nach verwendetem Radionukleid in unterschiedlichen Organen. Der Zerfall dieser Radionukleide kann mit Gammakameras von außen gemessen werden.

- Fotografische Schicht

 Lichtdicht verpackte Filme werden durch radioaktive Strahlung geschwärzt

- Zählrohr

Strahlungs- und Teilchendetektor, zur Messung ionisierender Strahlung, z.B.: Geigerzähler

- Nebelkammer

Teilchendetektor, kann die Bahnen von manchen Teilchen einer ionisierenden Strahlung sichtbar machen

- Blasenkammer

Teilchendetektor, kann Spuren von geladenen Elementarteilchen sichtbar machen

- Szinzillationszähler

Messgerät zur Bestimmung der Energie und Intensität von ionsisierender Strahlung

- Ionisationskammer

Strahlungs- und Teilchendetektor, zur Messung von Alpha-, Beta und Gammastrahlung

Ort und Impuls lassen sich nicht gleichzeitig messen. Folglich gibt es  keine Bahnen auf denen sich Elektronen befinden, sondern Orbitale (=Aufenthaltswahrscheindlichkeitsräume der Elektronen).

\(\Delta p \cdot \Delta x \gt \frac{h}{4\pi}\)

1) Es gibt kein Endlager; Möglichkeit einer Kernschmelze

2) Das Hauptproblem bei dem Kernkraftwerk Fukushima war, dass durch das Erdbeben und den darauf folgenden Tsunami die Kühlung der Reaktoren ausfiel. Dies verursachte eine Kernschmelze. Dann konnt das radioaktive Material problemlos in den Boden eindringen.

Das Wasser im Primärkreislauf wird durch Kernspaltung erhitzt. Der dadurch entstehende Wasserdampf erhitzt widerum das Wasser im Sekundärkreislauf. Diese zwei Kreisläufe sind aber nicht miteinander verbunden, weshalb die Radioaktivität im Primärkreislauf bleibt.