kernphysik wirkungsquerschnitt
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Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
Der Wirkungsquerschnitt einer Kettenreaktion stellt ein Maß für die Wahrscheinlichkeit dar, mit der das Eintreten einer Kernreaktion er-wartet werden kann.
Formelzeichen: σ
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
1. Der Einfangquerschnitt σEi
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron von einem Atomkern eingefangen wird.
2. Der Spaltungsquerschnitt σSp
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron zu einer Kernspaltung führt.
3. Der Absorptionsquerschnitt σa
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron von einem Atomkern absorbiert wird. Es gilt
σa = σEi + σSp.
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
4. Der elastische Streuquerschnitt σe
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron an einem Atomkern elastisch gestreut wird.
5. Der unelastische Streuquerschnitt σu
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron an einem Atomkern unelastisch gestreut wird.
6. Der Streuquerschnitt σs
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein Neutron an einem Atomkern überhaupt (elastisch oder unelastisch) gestreut wird. Es ist
σs = σe + σs.
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
7. Der totale Wirkungsquerschnitt σt
Diese Größe gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass über-haupt eine Wechselwirkung zwischen dem Neutron und dem Atomkern erfolgt. Daher ist
σt = σa + σs = σEi + σSp + σe + σu
Bemerkenswert ist, dass die verschiedenen Wirkungsquer-schnitte nicht nur von der Art des beschossenen Kernes, sondern in erheblichem Maße auch von der Geschwindigkeit und damit von der Energie der Neutronengeschosse abhängen.
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
Totaler Wirkungsquerschnitt von gegenüber von NeutronenU23892
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
(a) Totaler Wirkungsquerschnitt von gegenüber Neutronen
(b) Spaltungsquerschnitt
U23592
Kernphysik
Wirkungsquerschnitt
Die Kerne sind erheblich leichter durch Neutronen spaltbar als die Kerne .
Die Spaltung der Kerne kann sowohl durch schnelle als auch durch thermische Neutronen erfolgen; die thermischen Neu-tronen sind aber besonders wirksam.
U23592
U23892
U23592
Kernphysik
Kernspaltung
Natürliches Uran
0,7% ; 99,3%
Angereichertes Uran
30% ; 70%
U23592 U238
92
U23592 U238
92
Kernphysik
Kernspaltung
Bei der Spaltung des Kerns wird die Energie
WSp = 198 MeV
U23592
Kernphysik
Kernspaltung
Die Energie teilt sich wie folgt auf:
Kinetische Energie der Spaltprodukte 162 MeVKinetische Energie der Spaltneutronen 6 MeVEnergie der spontanen Gammastrahlung 7 MeVEnergie der Betastrahlung der Spaltprodukte 5 MeVEnergie der Gammastrahlung der Spaltprodukte 6 MeVNeutrionoenergie der Spaltprodukte 12 MeV
198 MeV
Kernphysik
Kettenreaktion
Unter dem Multiplikations- oder Vermehrungsfaktor k versteht man die Zahl, die angibt, um welchen Faktor sich die Anzahl der eine neue Spaltung hervor-bringenden Neutronen von Gene-ration zu Generation im Mittel zu vermehrt.
k > 1 Atombombe
k = 1 Kernreaktor
k < 1 keine Kettenreaktion
Kernphysik
Moderatoren
Moderaten werden zur Steuerung des Reaktor benötigt. Es werden drei Forderungen an sie gestellt:
möglichst großer elastischer Streuquerschnitt
möglichst kleiner Einfangquerschnitt
möglichst kleine Massenzahl
Kernphysik
Moderatoren
Moderator Wasserstoff Deuterium Kohlenstoff
Erforderliche Stoß-zahl zur Überführ-ung eines schnelles in ein thermisches Neutron
18 25 114
Einfangquerschnitt für thermische Neutronen
(in 10-28 m²)0,325 0,0005 0,005
H11 D2
1 C126
Deuterium ist gut geeignet aber teuer. Kohlenstoff in Form von Gra-phit ist dagegen billiger.
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