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. 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 Neutronen

Kernphysik Wirkungsquerschnitt Totaler Wirkungsquerschnitt von gegenüber Neutronen (b) Spaltungsquerschnitt

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.

Kernphysik Kernspaltung Natürliches Uran 0,7% ; 99,3% Angereichertes Uran 30% ; 70%

Kernphysik Kernspaltung Bei der Spaltung des Kerns wird die Energie WSp = 198 MeV

Kernphysik Kernspaltung Die Energie teilt sich wie folgt auf: Kinetische Energie der Spaltprodukte 162 MeV Kinetische Energie der Spaltneutronen 6 MeV Energie der spontanen Gammastrahlung 7 MeV Energie der Betastrahlung der Spaltprodukte 5 MeV Energie der Gammastrahlung der Spaltprodukte 6 MeV Neutrionoenergie 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 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 Deuterium ist gut geeignet aber teuer. Kohlenstoff in Form von Gra-phit ist dagegen billiger.