Hallo Wer-Weiss-Was’ler!
Im Moment versuche ich die Fuktionsweise eines Reaktors zu verstehen.
Was ist nicht verstehe ist, warum ein Reaktor ein Moderator benötigt. Dass der Moderator die schnellen Neutronen abbremsen soll, habe ich ich verstanden. Aber warum müssen die Neutronen überhaupt abgebremst werden? Können schnelle Neutronen nicht einfacher einen Urankern zerschlagen als langsame?
Bin gespannt auf Eure Erklärungen. Danke schon mal!
Hallo,
Aber warum müssen die Neutronen
überhaupt abgebremst werden? Können schnelle Neutronen nicht
einfacher einen Urankern zerschlagen als langsame?
Wenn die Neutronen zu schnell sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie einfach vorbeifliegen sehr hoch.
Stell dir vor, du willst eine Murmel in eine kleine, flache Mulde rollen. Wenn die Murmel zu schnell ist, verlässt sie einfach die Mulde wieder (was hier dem anziehenden Potential des Kerns entspricht.).
Die Neutronen zertrümmern ja schliesslich nicht einfach den Kern (dazu haben sie bei weitem nicht genug Energie), sondern sie müssen in den Kern eingefangen werden und destabilisieren ihn dadurch.
Grüße,
Moritz
Das habe ich verstanden. D.h. also, dass das Neutron vom Kern eingefangen wird und nicht den Kern zertrümmert. Können also auch Neutronen ohne Geschwindigkeit eingefangen werden? Aber warum „freut“ sich das Uran-Atom jetzt nicht, dass es ein Neutron mehr hat und nun Uran 236 ist, sondern zerfällt einfach? Ist Uran 236 von sich aus instabil? Kann man eigentlich vorhersagen, in welche Spaltprodukte der Kern dann zerfällt?
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Hi,
D.h. also, dass das Neutron vom Kern
eingefangen wird und nicht den Kern zertrümmert.
grob gesagt ja.
Können also
auch Neutronen ohne Geschwindigkeit eingefangen werden?
So was gibt es nicht.
Man spricht von thermischen Neutronen, weil sie in etwa die gleiche Geschwindigkeit haben wie Luftteilchen und genausowenig wie Du Sauerstoff oder Stickstoff oder sonstewas auf eine Geschwindigkeit von Null abbremsen kannst, kannst Du es mit Neutronen tun.
Aber
warum „freut“ sich das Uran-Atom jetzt nicht, dass es ein
Neutron mehr hat und nun Uran 236 ist, sondern zerfällt
einfach?
Das ist ein recht komplexes Thema.
Theoretisch vorhersagen (exakt) läßt es sich bis heute nicht.
Aber grob gesagt braucht der Kern ein ‚ausgewogenes‘ Verhältniss von Neutronen und Protonen um stabil zu sein.
Ein zuviel bzw. zuwenig des einen oder anderen Partners läßt den Kern instabil werden.
Es gibt sogar zwei Elemente mit einer geringeren Masse als Polonium, die keine stabilen Nuklide haben (Technetium und Promethium).
Alle Elemente ab Polonium haben keine stabilen Nuklide mehr, beim Bismut (früher Wismut) streiten sich die Gelehrten, weil das natürlich vorkommende Nuklid wohl eine seeehr lange Halbwertzeit hat (ca. 2 * 1019 Jahre).
Ist Uran 236 von sich aus instabil?
Ja (ca. 2 * 107 Jahre)
Kann man
eigentlich vorhersagen, in welche Spaltprodukte der Kern dann
zerfällt?
Das ist wieder recht komplex.
Beim Kernzerfall entstehen eine Unzahl von neuen Kernen, deren Massen zum einen um Krypton und zum anderen um Barium herum liegen.
Gandalf
So langsam verstehe ich, wie das ganze System funktioniert und was es mit dem Moderator auf sich hat. Das Zauberwort heißt wohl „Neutronenabsorptionsquerschnitt“, der bei abnehmender Energie und damit bei abnehmender Geschwindigkeit zunimmt.
Ebenfalls habe ich verstanden, dass natürliches Uran angereichert werden muss, um eine Kettenreaktion aufrecht zu halten und die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen. Aber warum funtkionieren mit Graphit moderierte Reaktoren auch ohne angereichtertes Uran? Das Prinzip ist doch das Gleiche oder?
Danke schon mal für die Antworten!
Aber
warum „freut“ sich das Uran-Atom jetzt nicht, dass es ein
Neutron mehr hat und nun Uran 236 ist, sondern zerfällt
einfach?
Weil beim Einbau des Neutrons in den U-235 Kern Bindungsenergie frei wird, die höher ist als die sog. Spaltbarriere. Die frei werdende Bindungsenergie ist hier deshalb so groß da der entstande U-236 Kern eine gerade Anzahl von Protonen und Neutronen enthält. In diesem Fall können sich die Nukleonen paarweise zusammenfügen und sind dann besonders fest gebunden. Die frei werdende Energie führt dann zur Deformation des Kerns, was wiederum dazu führt, dass Coulombenergie frei wird, welche zur weiteren Defomrmation führt u.s.w. Schließlich schnürrt sich der Kern in der Mitte ab und zerfällt in 2-3 Tochterkerne.
Die frei werdende Paarungsenergie ist übringens essentiell bei der Spaltung von Uran. Bei der Raktion
U-238 + n -> U-239
wird z.B. keine Paarungsenergie frei, da U-239 eine ungerade Anzahl an Neutronen enthält. Die Spaltbarriere kann damit nicht überwunden werden.
Gruß
Oliver
Aber warum
funtkionieren mit Graphit moderierte Reaktoren auch ohne
angereichtertes Uran?
Uran wird angereichert damit bei der Spaltung genügend viele Neutronen zur weiteren Spaltung führen. Die Neutronenabsorption von Graphit ist (im Gegensatz zu Deuterium) jedoch so gering, dass auf eine Anreichung verzichtet werden kann.
Gruß
Oliver