SEITE 1 Stichpunkte Erläuterungen Diese Folie dient als Titelbild für die Präsentation und soll einen ersten Blick auf das Thema vermitteln. Diese Folie ist nicht Teil der eigentlichen Präsentation. Quellen: Bild des eigenen Programms.

Präsentationsprüfung Melf Johannsen Gestaltung einer Delphi-Simulation zum Thema „Kernspaltung durch Neutronen“ Präsentationsprüfung Melf Johannsen SEITE 2 Stichpunkte Herzlich Willkommen Erläuterungen Diese Folie ist als Begrüßung und Einstieg ins Thema gedacht. Fach: Informatik Prüferin: Frau Nagel Gymnasium Schwarzenbek zum Abitur 2013

Einleitung Bill Gates Otto Hahn Quelle: wikipedia.de Seite 3 Stichpunkte: Otto Hahn und Bill Gates Otto Hahn als Entdecker der Kernspaltung Bill Gates als Vertreter der Informatik Mein Thema wird heute beide verbinden Quellen: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Otto_Hahn_(Nobel).jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bd/Dts_news_bill_gates_wikipedia.JPG Otto Hahn Quelle: wikipedia.de Bill Gates Quelle: wikipedia.de

Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Gliederung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Vorführung des Programms SEITE 4 Stichpunkte Orientierung an Aufgabenstellung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Starke Reduzierung auf wesentliche Aspekte Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Grenzen Vorführung des Programms Erläuterung: Ich habe mich mit dieser Gliederung stark an der Aufgabenstellung orientiert. Zudem habe ich den Vortrag auf die wesentlichen Aspekte reduziert, um im vorgegebenen zeitlichen Rahmen bleiben zu können.

Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Gliederung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Vorführung des Programms SEITE 5 Stichpunkte Beginn mit dem ersten Thema Erläuterungen Diese Folie dient dazu, die Struktur des Vortrages und den aktuellen Stand immer wieder hervorzuheben.

Bei der Spaltung eines U235 Atoms wird Energie frei SEITE 6 Stichpunkte Physikalischer Hintergrund: Kernspaltung durch Neutronen Spaltung von Uran Uran besteht aus zwei Isotopen geringer Teil spaltbares U235 großer Teil nicht spaltbares U238 U238 nimmt schnelle Neutronen auf Bei der Spaltung Entstehen von unterschiedlichen Spaltprodukten und Neutronen Spaltung setzt 200 MeV Energie frei Uran Atome sind in der Gitterstruktur gebunden Die Spaltung von U235 tritt bei langsamen Neutronen mit einer deutlich höheren Wahrscheinlichkeit ein Natürliches Uran muss angereichert werden, damit Kettenreaktionen möglich werden Quellen: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltung.svg Quelle: wikipedia.de

Menschen nutzen die Kernspaltung für ihre Zwecke Atombombe Kernkraftwerk Quelle: static.twoday.net SEITE 7 Stichpunkte Atombombe U235 Anteil von über 90 % Schnelle Neutronen treffen auf spaltbare Uranatome Unkontrollierte Kettenreaktion Kernkraftwerk U235 Anteil von 3-5% Kontrollierte Kettenreaktion Langsame und schnelle Neutronen treffen auf spaltbare und nicht spaltbare Uran Atome Wasser bremst Neutronen und führt die Energie ab Quellen: http://static.twoday.net/oraclesyndicate/images/atombombe.jpg http://infonetz-owl.de/uploads/pics/Atomkraftwerk_Biblis.jpg Quelle: infonetz-owl.de

Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Gliederung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Vorführung des Programms SEITE 8 Stichpunkte Nächster Abschnitt in der Gliederung „Realisierung des Programms“

Grundannahmen für die Darstellung im Programm Atome, Moleküle und Neutronen sind als gleichmäßige Kugeln dargestellt Geschlossenes System Abstraktion der Größen Stark vereinfachte Physik SEITE 9 Stichpunkte Grundannahmen Reduzierung auf wesentliche Merkmale Vereinfachung nötig, damit es umsetzbar wird Atome als gleichmäßige Kugeln Kein Kern Hülle Modell Coulombkräfte nur als Vergrößerung des Radius Geschlossenes System Keine Energieabnahme ->Energieerhaltung gilt Teilchen werden von den Kanten reflektiert Abstraktion der Größen Einheitenfreie Größen Stark vereinfachte Physik Geschwindigkeit wird durch Masse, Flugrichtung und Energie bestimmt Starke Erhöhung der Spaltwahrscheinlichkeit Kritische U235 bei 425g -> 1,09*10^24 Im Programm ab zwei U235 Reduzierung der frei werdenden Energie Natur Neutronen 7000 fache Energie Programm Neutronen mit 100 facher Energie

Richtungsänderungen beim Zusammenstoß der Teilchen Neutron Wasser Molekül Spalt Produkt U235 U238 Ja bedingt Sonderfall (bedingt) Nein SEITE 10 Stichpunkte Stoßverhalten Wesentliches Element im Programm Interaktion der Teilchen wird möglich Geschwindigkeit Energie Flugrichtung Ein Zusammenstoß kann beide Faktoren der Bewegung beeinflussen. Impulserhaltung durch Tausch der Richtungen Erklärung der Tabelle Ja: beide Teilchen tauschen die Winkel bei einem Zusammenstoß Bedingt: Das leichtere Teilchen ändert die Richtung um 180 Grad. Es prallt ab. Nein: Beide Teilchen ändern die Richtung nicht.

Energieübertragung beim Zusammenstoß der Teilchen Neutron Wasser Molekül Spalt Produkt U235 U238 Ja Nein Sonderfall (Nein) SEITE 11 Stichpunkte Zweiter Aspekt der Stoßvorgänge ist die Energieübertragung: Ja: es findet eine Energieübertragung statt Nein: es findet keine Energieübertragung statt

Sonderfälle beim Zusammenstoß von Neutron und Uran Langsames Neutron Neutron spaltet das U235. Es entstehen zwei Spaltprodukte und zwei neue Neutronen. Reflexion des Neutrons. Schnelles Neutron Das Neutron wird wahrscheinlich reflektiert, selten wird eine Spaltung wie beim langsamen Neutronen ausgelöst. U238 fängt das Neutron wahrscheinlich ein und wird zu U239, selten wird das Neutron reflektiert. SEITE 12 Stichpunkte Betrachtung der Sonderfälle U235 + langsames Neutron Spaltung Entstehen: 2 bzw. 3 Neutronen 2 gleiche Spaltprodukte U235 + schnelles Neutron Wahrscheinlich Reflexion des Neutrons Selten Spaltung wie beim langsamen Neutron U238 + langsames Neutron Reflektiert das Neutron U238 + schnelles Neutron Selten Reflexion wie beim langsamen Neutron Wahrscheinlich Aufnahme des Neutrons und Umwandlung Verschwinden des Neutrons Erhöhen der Masse des U238 auf 239 Verändern der Farbe in ein dunkleres Grün Aufnahme ist nur einmal möglich

Datenstrukturen TTeilchen SEITE 13 Stichpunkte Datenstruktur: #Fmasse: Integer #Fgeschwindigkeit: Real #Fgeschwindigkeit_x: Real #Fgeschwindigkeit_y: Real #Ffarbe: TColor #Fzeichenflaeche: TImage +Fradius: Integer +Fwinkel: Integer +Fstoss: Integer +Fgrenze_oben: Integer +Fgrenze_rechts: Integer +Fgrenze_unten: Integer +Fgrenze_links: Integer +Fenergie: Real +Fposition_x: Real +Fposition_y: Real +Faktiv: Boolean +!Create(…) {abstract} {virtual} +!anzeigen +!ausblenden +!bewegen +!geschwindigkeit_aktualisieren SEITE 13 Stichpunkte Datenstruktur: Ausschnitt des zu dem Programm gehörenden UML Diagramms TTeilchen Hinweis auf: Fgrenze[n] Geschwindigkeit und Position als REAL

Ableitung der Klassen TTeilchen TNeutron TWasser_molekuel TSpalt_produkt TU_235 TU_238 SEITE 14 Stichpunkte Ableitung der Klassen für Neutronen Wasser Moleküle Spalt Produkte U235 U238 Unterschiede der Klassen: hauptsächlich Creator Überleitung zu der Programmdarstellung

Verknüpfung zwischen den Klassen TTeilchen 1,1 1,1 0,* TMainform SEITE 15 Stichpunkte Verbindung zwischen den Klassen In TMainform sind alle TTeilchen in einem Array gespeichert. Jedes Teilchen verfügt über einen Zugriff auf TImage. 1,1 1,1 TImage 0,* Präsentationsprüfung - Melf Johannsen - Abitur 2013

Umsetzung: Darstellung der Kernspaltung Die im Programm gewählten Symbole: SEITE 16 Stichpunkte Konkrete Betrachtung des Programms: Vergleich Wikipedia Darstellung und der Darstellung im Programm Erklären der Teilchen und Unterschiede Quellen: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltung.svg Quelle: wikipedia.de

Die Kernspaltung im Quelltext zerfall := random(round(viele_neutronen[i].Fenergie*viele_neutronen[i].Fenergie)+1); if(zerfall < 10) then begin mainform.bild.canvas.pen.color:=0; mainform.bild.canvas.brush.Color := clred; mainform.bild.canvas.ellipse( round(viele_u_235[j].Fposition_x-30) , round(viele_u_235[j].Fposition_y-30), round(viele_u_235[j].Fposition_x+30), round(viele_u_235[j].Fposition_y+30)); viele_u_235[j].Faktiv := false; erzeugen_neutron( round(viele_u_235[j].Fposition_x+2), round(viele_u_235[j].Fposition_y+2)); round(viele_u_235[j].Fposition_x-2), round(viele_u_235[j].Fposition_y-2)); erzeugen_spalt_produkt( round(viele_u_235[j].Fposition_x-5), round(viele_u_235[j].Fposition_y+5)); round(viele_u_235[j].Fposition_x+5), round(viele_u_235[j].Fposition_y-5)); viele_neutronen[i].energie_erhoehen; end; SEITE 17 Stichpunkte Bild zu Quelltext Erklärung jeder Zeile. Zufallszahl bestimmt, ob eine Spaltung stattfindet. Quadrat, weil mit zunehmender Geschwindigkeit auch mehr Stoßvorgänge stattfinden Roter Kreis Erzeugen der neuen Teilchen Quelle: Unit: main_unit.pas

Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Gliederung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Vorführung des Programms SEITE 18 Stichpunkte Als Nächstes werde ich etwas zu der Interpretation und Bewertung der Ergebnisse sagen.

Interpretation Aufgrund der gewählten Grundannahmen konnte die Darstellung der Kernspaltung in dem Programm vollständig umgesetzt werden. Durch Vorgabe von Startparametern und Eingaben zur Laufzeit können durch den Benutzer verschiedene Szenarien simuliert werden. Die visuelle Darstellung berücksichtigt den Energiezustand aller Teilchen (Geschwindigkeit) Energiefreisetzung bei der Spaltung (kurze rote Farbdarstellung) Richtungsänderungen der Teilchen beim Aufeinandertreffen Auslösen der Kernspaltung vorzugsweise bei langsamen Neutronen SEITE 19 Stichpunkte Freies Vortragen der Inhalte der Seite Präsentationsprüfung - Melf Johannsen - Abitur 2013

Grenzen des Programms Eine Beendung der Kernspaltung durch z.B. Steuerstäbe oder Zusätze im Moderator wird nicht abgebildet. Der radioaktive Zerfall der Atome wird nicht berücksichtigt. Die Obergrenze für die Anzahl der Objekte jeder Klasse wurde auf 1.000 festgelegt. SEITE 20 Stichpunkte Eine Beendung der Kernspaltung durch z.B. Steuerstäbe oder Zusätze im Moderator wird nicht abgebildet. -> Sehe ich als zu aufwendig. Hätte den zeitlichen Rahmen der Bearbeitungszeit gesprengt. Die Radioaktivität der Atome wird nicht berücksichtigt. Eigentlich zerfallen U235 und U238 sowie die Spaltprodukte aufgrund ihrer natürlichen Radioaktivität. Um die Anzahl der Klassen zu begrenzen habe ich darauf verzichtet. Die Obergrenze für die Anzahl der Objekte jeder Klasse auf wurde 1.000 festgelegt. Auf Basis der vorhandenen Rechenleistung halte ich diese Begrenzung für sinnvoll.

Fazit Das Programm ist dazu geeignet, eine visualisierte Vorstellung der zeitlichen und räumlichen Abläufe einer Kernspaltung zu vermitteln. Für eine wissenschaftliche Prognose zum Verhalten von Teilchenmengen ist es aufgrund der gewählten Abstraktion nicht geeignet. SEITE 21 Stichpunkte Zusammenfassend möchte ich folgendes Fazit festhalten: Das Programm ist dazu geeignet eine visualisierte Vorstellung der zeitlichen und räumlichen Abläufe einer Kernspaltung zu vermitteln. Für eine wissenschaftliche Prognose zum Verhalten von Teilchenmengen ist es aufgrund der gewählten Abstraktion nicht geeignet. Diese begründet sich durch die bisherige Interpretation der Ergebnisse und die Grenzen des Programmes.

Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Gliederung Physikalische Ursachen und Bedingungen der Kernspaltung Realisierung des Programms Grundannahmen Datenstrukturen Umsetzung Interpretation und Bewertung der Ergebnisse Vorführung des Programms SEITE 22 Stichpunkte Nun komme ich zum letzten Teil der Präsentation :

Vorführen des Programms SEITE 23 Stichpunkte Vorführen des Programms mit folgenden Parametern.

Vorführen des 1. Programms SEITE 23 Stichpunkte Vorführen des Programms mit folgenden Parametern. Wahrscheinlichkeit für U235 Spaltungen: 2 Anteil U235: 95 Breite der Brennstäbe: 12 Mit Kontrollpanel und Moderator. Zeigen: Verlangsamen der Neutronen, Spaltung von U235 mit langsamen Neutronen.

Vorführen des 2. Programms SEITE 23 Stichpunkte Vorführen des Programms mit folgenden Parametern. Wahrscheinlichkeit für U235 Spaltungen: 20 Anteil U235: 95 Breite der Brennstäbe: 12 Mit Kontrollpanel Zeigen: Energieübertragung bei Spaltung

Vorführen des 3. Programms SEITE 23 Stichpunkte Vorführen des Programms mit folgenden Parametern. Wahrscheinlichkeit für U235 Spaltungen: 60 Anteil U235: 100 Breite der Brennstäbe: 12 Mit Explosion Zeigen: Ausbreitung der Kettenreaktion

Diese Präsentation wurde zu 100 % mit Ökostrom erstellt. Nachtrag Diese Präsentation wurde zu 100 % mit Ökostrom erstellt. SEITE 24 Stichpunkte Diese Präsentation wurde zu 100% mit Ökostrom erstellt.