3.2 Physikalische Grundlagen Bild : Mittlere Bindungsenergie der

3.2 Physikalische Grundlagen
Bild : Mittlere Bindungsenergie der Nukleonen in Abhängigkeit von der Kernmasse
(Buckelkurve nach Weizäcker und Bethke)
Bindungsenergie pro Nukleon
10
Eb in MeV
8
6
4
2
0
0
40
80
120
160
200
240
Massenzahl
Das eV ist eine Maßeinheit für sehr kleine Energien in atomaren Bereich und rechnet sich wie
folgt in Ws um:
1 eV = 1,6 *10 −19 Ws
Tabelle: Mittlere Kernbindungsenergien
Atom
EB in
MeV/Nukl.
2
1
H
1,12
4
2
He
7,1
16
8
O
7,98
90
40
Zr
8,7
201
80
Hg
7,9
235
92
U
7,6
a) Kernfusion
Schema eines Fusionskraftwerkes:
Typen des magnetischen Einschlusses:
Tokamak
Stellarator
b) Kernspaltung
Tabelle: Freigesetzte Energie pro Nukleon bei der Kernspaltung
Reaktionsprodukte
Spaltprodukte,
2 Atome
Neutronen
ß-Teilchen
χ - Strahlung
Neutrinos
Gesamt
Energie
[MeV/Nukleon]
167
5
8
12
12
204 ± 11
Zeitpunkt
Reichweite
prompt
größtenteils prompt
verzögert aus
Spaltprodukt
prompt verzögert
< 1mm
einige dm
mm bis cm
dm bis m
gegen unendlich
Die Spaltung von 1g U-235 setzt die Energie von 1 MWd (Megawatttag) frei.
Ein modernes KKW mit einer Leistung von 1000 MWel und einem Wirkungsgrad von 33%
benötigt 3000 MWth. Dies bedeutet einen Verbrauch von 3kg U-235 pro Tag (bzw. einer
Tonne pro Jahr).
Abbrand der Brennelemente:
aM =
kg
verbraucht eMasseKern brennstoff
in
kg Br .
ursprüngli chVorhandeneMasseKer nbrennstof f
aE =
MWd
erzeugteWä rmeenergie
in
kg Br .
ursprüngli chVorhandeneMasseKer nbrennstoff
- durchschnittlich: aE = 40 - 50
-
maximal: aE = 80
MWd
(abhängig von Neutronenfluss, der Position im
kg Br .
Reaktor und der Anreicherung des U-235)
MWd
kg Br .
Radioaktivität in Bq (Becquerel): Anzahl der pro Sekunde umgewandelten Atomkerne
Biologische Äquivalenzdosis in rem bzw. Sv (Sievert):
1Sv = 100 rem
in Deutschland Aufnahme von 3,5 mSv/a
Æ KKW – Bereich: + 0,1 bis 0,3 mSv/a
Neutrino: stabiles ungeladenes Elementarteilchen aus der Gruppe der Leptonen
Neutronenfluss: charakt. Größe für Kernreaktoren, ein Maß für die Neutronenstromdichte
kleine Forschungsreaktoren: 108 bis 1014 cm-2*s-1
Leistungsreaktoren:
1012 bis 1016 cm-2*s-1
Materialprüfreaktoren:
bis 1017 cm-2*s-1

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