22
Referat zur Kernphysik Energievorräte Felix Unverzagt März 2009

Felix Referat Kernphysik

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Felix Referat Kernphysik

Referat zur KernphysikEnergievorräteFelix UnverzagtMärz 2009

Page 2: Felix Referat Kernphysik

Das beantworte ich ...Woher kommt die Kernenergie?

Wie können wir die Energie nutzen?

Was könnte die Zukunft bringen?

Quellen

Page 3: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

eins oder mehrereje nach Element

Kern

Atomelektrisch neutral

+

-Elektron

Kern zu Atomvon der Größe her wie

Fußball zu Stadt

Page 4: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

Kern

Atomelektrisch neutral

der Kern hat seine positive Ladungen von seinen Bausteinen den Protonen

Jedes Proton hat genau die gleiche Ladung wie ein Elektron – nur mit anderem Vorzeichen

+

Damit das Atom elektrisch neutral ist,muss es genau so viele Protonen wie Elektronen geben.

+

Page 5: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

STOP!!!

Wie kann es dann sein, dass im Kern mehrere Protonensuper dicht beisammen sitzen. Nach allem, was wir bisher wissen, müssten die sich abstoßen und mit immer größer werdender Geschwindigkeit uns um die Ohren fliegen. Im Grunde müssten uns ALLE Atome (außer Wasserstoff – das hat nur ein Proton) um die Ohren fliegen. Das wäre viel schlimmer, als wenn alles brennen würde, mindestens so viel schlimmer wie eine Stadt größer als ein Fußball ist.

und zwarumso stärker

je näher sie sich kommen

stossensich ab

++

Page 6: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

Die rettende göttliche Idee:Superkleber !!!

Was hält die Protonen nun zusammen?Die Starke Kraft des Superklebers!

+ +

Page 7: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?Übrigends gibt es noch einen zweiten

Kernbaustein die Neutronen

Die Neutronen sind, wie der Name schon sagt, elektrisch neutral. Aber

immerhin haben sie auch die Starke Kraft des Superklebers!

Page 8: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

Anleitung zum effektivenEinsatz des Superklebers:

Bei großen Kernen kommt die starke Kraft des Superklebers am besten zur Geltung,

weil nur wenig Kleber unnütz außen rumhängt.

brauchbarbesser noch besser

+ + + +++

Page 9: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

... und ... und so weiter ... und... Mega-Riesenkerne gibt’s nicht. Wieso?

+Bei zusätzlichem

Proton

muss der zusätzlichelokale Klebeeffekt über

den Effekt der Abstoßung von allen anderen Protonen siegen

damit auch ein weiteres Proton noch

angeklebt werden kann. Und diesen Sieg gibt es im Großen und

Ganzen nur bis zum Uran-Kern

Page 10: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?Was machen die Bälle wohl?

... na ... die rollen runter und werden dabei schneller

Die potentielle Energie wird dabei in kinetische Energie umgewandelt

Page 11: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?Wie eben potentielle Energie pro Kernbaustein wirkt durch elektrostatische Abstoßungskraft und starke Kernkraft

Zahl der Bausteine pro Kern

+ +größere Kerne kleinere Kerne

Page 12: Felix Referat Kernphysik

Woher kommt die Kernenergie?

potentielle Energie pro Kernbaustein

Zahl der Bausteine pro KernWasserstoff

z.B. Uran

2 Quellen für Energie:

Fusion (Verschmelzen) zweier kleiner Kerne

Spaltung eines großen Kerns

Page 13: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?Wenn erstmal die kinetische Energie frei geworden ist, dann ...

... wird (wie bei Kohlekraftwerken) Wasserdampf heiß gemacht und damit eine Turbine angetrieben ...

... mit der sich die Achse eines Generators dreht, der dann Strom erzeugt, ...

Page 14: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?

Wie aber bringen wir Wasserstoff zur Fusion?

Wie bringen wir große Kerne wie Uran

zur Spaltung?

Page 15: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?

Prinzip: Wasserstoffkerne zusammenbringen, bis sie sich fast berühren und der Superkleber wirkt. Dabei wird dann die Energie als kinetische Energie frei.

Wie bringen wir Wasserstoff zur Fusion?

stossensich ab

++Problem:

Hatten wir das Bild nicht schon mal;-) ... Wenn wir ein Wasserstoffgas haben, dann sind die Kerne wie Tennisbälle, die im Städteabstand aneinander vorbeifliegen UND SICH ABSTOSSEN ... der Superkleber wir ja erst wirksam, wenn sie sich fast berühren.

Page 16: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?

Aufgabe: Einzelne Wasserstoffkerne, alias Protonen (plus vielleicht ein, zwei Neutronen), so schnell machen, dass sie aus dem Schwung ihrer Bewegung die Chance haben, falls sie mal zufällig auf Kolissionskurs sind, die Abstoßungskraft zu überwinden und bis auf Superkleberkraft zusammenzukommen. Schwung der einzelnen Wasserstoffkerne bedeutet, übersetzt auf das Wasserstoffgas, heiß machen und zwar richtig richtig heiß:

Wie bringen wir Wasserstoff zur Fusion?

150 Millionen Grad = 10 mal so heiß wie im Inneren der Sonne

Page 17: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?

Aufheizen

Fusion – wie weit ist man?

Gefäß

Fusion Dichte Gefäße

Dauerbetrieb mit Fusion

Diese Energiequelle ist noch nicht erschlossen (Forschung).

Forschungsreaktor ITER

Page 18: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?

Prinzip: Kontrollierte Kettenreaktion nutzen

Wie bringen wir schwere Kerne zur Spaltung?

NeutroninduziertSpaltung

Page 19: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?Welche Kraftwerke sind in Deutschland in Betrieb?

Gespalten wirdbei uns Uran.

Genaugenommenwird U-235 (Uran mit 235 Kernbausteinen)genutzt, das nur ein kleiner Teilbestandteil des natürlichen Urans ist.

Page 20: Felix Referat Kernphysik

Wie können wir die Energie nutzen?Gibt es schon heute Kraftwerke, die den Uran-Rohstoff effektiver nutzen?

Mit Hilfe von Brutreaktoren kann man den Uran-Rohstoff etwa 60 mal effektiver nutzen als in herkömmlichen Spaltreaktoren.

Page 21: Felix Referat Kernphysik

Was könnte die Zukunft bringen?Die heutigen weltweiten Kernkraftwerke (ca. 500) lassen sich noch einige Jahrzehnte durch Uran-Förderung versorgen (Reserven 2-3 Millionen Tonnen Uran).

Durch den Einsatz von Brutreaktoren kommt man nochmal um 100 bis 1000 Jahre weiter (bei sonst festen Randbedingungen).

In 100 - 1000 Jahren sollten weitere Optionen gangbar gemacht sein: Fusion, Sonnenenergie, ...damit wir die BESTE OPTION auswählen können.

Page 22: Felix Referat Kernphysik

QuellenKernenergie Basiswissenhttp://www.kernenergie.de/r2/documentpool/de/Gut_zu_wissen/Materialen/Downloads/018basiswissen2007.pdf

Kernenergie in Deutschlandhttp://www.kernenergie.de

Fusionsforschungsreaktorhttp://www.iter.org

Cooles Videohttp://www.youtube.com/watch?v=pJNzavOvusc