Energie aus Kernkraft

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12.04.2011,

Regenstein, Gebert, Schmidt, Wüsthoff, Guber, Polster

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Energie aus Kernkraft

Seminar Uni Potsdam, Institut für Physik und Astronomie

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Was haben wir vor?

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Was haben wir vor?

 Loriot gibt das Thema vor!

http://www.youtube.com/watch?v=y82HNA11oSg&feature=related

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Wir

Die „Staatsmacht“:

Prof. Dr. W. Regenstein Dr. H. Gebert

Dr. H. Schmidt

Martin Wüsthoff, Christoph Guber

Kontakt/Rundmail:

guber@uni-potsdam.de

martin.wuesthoff@googlemail.com

Haus 28, Raum 2.28.0.102 Mittwochs 18:15

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Roadmap

 Die ersten 3 Veranstaltungen:

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Roadmap

 13.April:

 Begriffsbildung / Eigenschaften:

Atome, Moleküle, Nuklide, Nukleonen, Isotope

 Radioaktiver Zerfall: alpha, beta, gamma

 Vortragsthemen / Punkte, Scheine, Organisatorisches

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Roadmap

 20.April:

 Grundlagen der Kernphysik:

-was ist drin im Kern, wie hält das zusammen, was ist Bindungsenergie, Massendefekt, Kernmodell, warum Energie aus Spaltung und Fusion

-Spaltung: Idee, warum U, warum U235, Wirk.- querschnitte, Energiebilanz, Kettenreaktion,

verzögerte Neutronen, Moderation, Steuerung, Vergiftung, Nachzerfallswärme, Brutreaktionen

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Roadmap

 27.April:

 Detektoren, biologische Wirkung, Strahlenschutz:

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

Gedankenexperiment:

- In 1m³ Luft sind unter Normbedingungen x Luftmoleküle

- Annahme: O² & N²-Moleküle so groß wie Stecknadelkopf (d=2,7mm)

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

Gedankenexperiment:

- In 1m³ Luft sind unter Normbedingungen x Luftmoleküle

- Annahme: O² & N²-Moleküle so groß wie Stecknadelkopf (d=2,7mm)

- Welche Kantenlänge muss Würfel haben, damit x Stecknadelköpfe reinpassen? (dichteste

Kugelpackung)

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

Gedankenexperiment:

Antwort: 703,5km!!!

Berlin - Luzern

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

2. Gedankenexperiment:

Annahme: Haar sei so dick wie Berliner Fernsehturm hoch.

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Atome, Moleküle, also die

„kleinen Kugeln“

Annahme: Haar sei so dick wie Berliner Fernsehturm hoch.

Antwort: So groß wie Bleistiftmine dick!

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Rutherford´scher Streuversuch:

-Alphateilchen (He-Kerne) auf 1000 Atomlagen dicke Goldfolie Detektor drumherum

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Rutherford´scher Streuversuch:

Resultat:

-Viele Teilchen durchdringen Folie kaum gestört.

-Manche werden um großen Winkel abgelenkt, einige

Wenige sogar zurückgestreut.

-> Harter kleiner positiv gela- dener Kern, ansonsten Atom ziemlich leer

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Annahme: Atomdurchmesser so groß wie Fußballfeld lang, welche Ausdehnung hat dann Atomkern?

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“

Fast die gesamte Atommasse im kleinen Kern konzentriert -> hohe Dichte, aber wie hoch?

1cm³ Kernmaterie (Würfelzucker) hat Masse ? kg.

Welches Bleivolumen hat genau soviel Masse?

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Antwort: Bleiwürfel mit 250m Kantenlänge

!!!

Das sind rund 6 Boeing 737-800 nebeneinander

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Kernnomenklatur

 Chem. Element eindeutig über die Anzahl der Elektronen festgelegt = Anzahl der

Protonen im Kern (Z)

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 Atom neutral -> Im Kern Z positiv geladene Teilchen, genannt Protonen

 Protonenmasse kennt man vom Wasserstoff.

 ->Alle Kerne aber viel schwerer als Z*m^Prot

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 Atom neutral -> Im Kern Z positiv geladene Teilchen, genannt Protonen

 Protonenmasse kennt man vom Wasserstoff.

 ->Alle Kerne aber viel schwerer als Z*m^Prot

 -> muss noch neutrale Teilchen geben, genannt Neutronen

 Experiment zeigt ähnliche Masse für Neutron und Proton

 Protonen und Neutronen bilden die Menge der s.g. Nukleonen (Kernbaubestandteile).

 Alle möglichen Kerne bilden die Menge der Nuklide

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 Kern dann eindeutig charakterisiert durch Anzahl der Protonen (Z) <->“Name“ UND Anzahl der Kernbaubestandteile:

 Nukleonenzahl A, z.B.: U235, C12, I127

 ->Experiment zeigt: Kerne ein und des selben Elementes gibt es mit

unterschiedlichen Nukleonen-u. damit Neutronenzahlen:

 z.B.: U238, U235, U233, H1, H2, H3

 …sind verschiedene Isotope eines

Elementes, manche stabil, andere instabil

 Zu jedem instabilen Isotop gibt es bestimmte Halbwertszeit

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 Damit sind wir schon beim radioaktiven Zerfall…

 Bevor mein Kollege startet:

 atomos griech. Für „Unteilbares“

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 Damit sind wir schon beim radioaktiven Zerfall…

 Bevor mein Kollege startet:

 atomos griech. Für „Unteilbares“

 Bisher haben wir nur ein s.g.

„Elementarteilchen“ genannt: Elektron

 Protonen, Neutronen selbst NICHT elementar, bestehen ihrerseits aus Quarks, die (bisher) elementar zu sein scheinen

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 Positiv geladene Teilchen stoßen sich ab…

 El/stat Abstoßung zwischen zwei Protonen im Abstand 10^-15m:

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 Positiv geladene Teilchen stoßen sich ab…

 El/stat Abstoßung zwischen zwei Protonen im Abstand 10^-15m:

 F~250N -> m=F/g=23kg!!!

 Offensichtlich gibt es eine auf dieser kurzen Reichweite viel stärkere Kernkraft

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Radioaktiver Zerfall

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12.04.2011 Christoph

Guber 31

Vortragsvorschläge

 Der Inhalt zählt, aber nicht „überformal“

 Richtwert für „Scheinvortrag“: rund 30min

 Inhalt soll auch für interessierten Laien nachvollziehbar sein.

 Themen können selbst erstellt oder aus Liste gewählt werden

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Thema 1: the usual way Leichtwasserreaktoren

 Druck-& Siedewasserreaktoren Sicherheit-&

Unfallbeherrschung: Leck im Primärkreislauf, Notstromstörfall, Wallmannventile-u.Töpferkerzen, Containment,…

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Thema 2: Kernenergie für die nächsten tausend Jahre?

Brutreaktoren

 mehr Spaltstoff erbrüten als verbrauchen?

 Sicherheit: Bethe-Tait-Störfall

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Thema 3: katastrophenfreier Reaktor?

Hochemperaturreaktoren

 U233 aus Thorium mögl.

 Heliumkühlung

 Stark negativer

Temperaturkoeffizient

 Höchsttemperaturen unterhalb der

Schmelztemp. von

Graphit bei Ausfall der Kühlung

 Hoher Wirkungsgrad

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Thema A: Fusion

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…magnet. eingeschloss. Plasma:

-wie soll das funktionieren?

-Wendelstein, ITER -noch 50Jahre?

-welche Schwierigkeiten?

…laserinduziert:

-wie eine kleine Fusionsbombe?

-noch 50 Jahre?

-welche Schwierigkeiten?

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Thema B: Endlagerfrage

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-Die Asse säuft ab, nun soll alles wieder raus – tausende Jahre sollte alles halten, geht das?

-für immer begraben oder rückholbar?

-geologische Sicht: welche Lagerstätten denkbar, welche Vor-& Nachteile?

-Gorleben, Morsleben, Asse

-wie gehen die europ.

Nachbarn vor?

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Thema C: Partitionierung &

Transmutation

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 Im Betrieb entstehen Transuran-Nuklide mit teilweise hässlich langen Halbwertszeiten

– Wiederverwendung wegen geringem Anteil verzögerter Neutronen bei Spaltung oft nicht

möglich

– -Entweder tausende Jahre sicher verwahren oder gezielt in kurzlebige radioaktive Nuklide verwandeln

– -Beschleunigergetriebene unterkritische

Reaktoren und sogar noch Energie dabei gewinnen?!

– -Die Lösung für die Zukunft oder wo ist Haken?

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Thema D: Uranerzgewinnung &

Anreicherung

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-Vorräte, Lagerstätten, Probleme?! (z.B.:Wismut)

-Anreicherungsverfahren:

Diffusion, Gaszentrifugen, Laser, Trenndüse

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Thema E: Anwendungen

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-Medizin/Biologie: Sterilisierung, Marker, Schwerionentherapie

-Geophysik/ Archäologie:

Wie alt ist die Erde?

Datierung: Wie alt ist Ötzi?

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Thema F: Kernwaffen

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Technik:

Spaltungs-u. Fusionsbomben, z.B. auch Neutronen-o.

Kobaltbombe

-“schmutzige Bomben“

Politik und (kalter) Krieg:

Tests, Unfälle, „verlorene“

Bomben, Einsätze, Nordkorea, Übersicht: Wer hat heute welche und wie viele?

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Thema G: Unfälle

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-Tschernobyl: Reaktorprinzip, möglicher Ablauf, Folgen für un- mittelbare Umgebung und Europa Sarkophag

-TMI ´79, Ablauf, Folgen

-Übersicht: Kritikalitäts-u.

Kernschmelzunfälle z.B. in Windscale, Mayak,

Idaho Falls, Lucens, Saint- Laurent, Tokai-mura,…

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Thema H: Störfälle und

meldepflichtige Ergeignisse in Deutschland und Europa

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-Deutschland: Hamm-Uentrop, BiblisA+B, Phillipsburg, Brunsbüttel, Neckarwestheim, Krümmel, Isar1,…

-Europa

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Thema J: Wie abhängig sind wir von Atomstrom?

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 Brüderle sagt, alles wird teurer, aber wer macht die Preise?

 Anteil der Kernenergie Strommix, Grundlast

 Steht der Netzausbau im Weg?

 Sind wir dann von Stromimporten abhängig?

 Können KKW´s kurz/mittelfristig durch erneuerbare Energien ersetz werden?

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Thema K: Fukushima

12.04.2011 44

 Übersicht des Ablaufs der Ereignisse

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12.04.2011,

Regenstein, Gebert, Schmidt, Wüsthoff, Guber, Polster

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Energie aus Kernkraft

Seminar Uni Potsdam, Institut für Physik und Astronomie