Anwendungen der Kernphysik

• Altersbestimmung mit ¹⁴C-Methode:
  • Kohlenstoff Isotop ¹⁴C, T_1/2 = 5730 a
  • entsteht in der oberen Athmosphäre durch kosmische Strahlung
  • Anteil in Umgebung und lebendem Gewebe ≈ 10^-13
  • Körper stirbt →
    • kein neues ¹⁴C
    • Konzentration nimmt ab
  • Aktivität von ¹⁴C einer Probe →
    • Alter seit dem Tod
• Prinzip des Kernreaktors:
  • Spaltung von ²³⁵U mit 1 Neutron erzeugt 2 - 3 Neutronen
  • erzeugte Neutronen →
    • weitere Spaltung
    • Kettenreaktion
  • Probleme:
    1. Neutronen fliegen aus dem Reaktor
    2. erzeugte Neutronen zu schnell
    3. mittelschnelle Neutronen werden von ²³⁸U eingefangen
  • Lösung von 1:
    • Zahl der erzeugten Neutronen
    • N_neu ~ Volumen ~ r³
      
    • Zahl der entkommenden Neutronen
    • N_verlust ~ Oberfläche ~ r²
      
    • großes Volumen →
    • N_verlust/N_neu ~ 1/r klein
  • Lösung von 2:
    • Bremsen der Neutronen durch Stöße mit leichten Kernen
    • geeignete Materialien (Moderatoren): Wasser (wegen H) oder Kohlenstoff
  • Lösung von 3:
    • Konzentrationen von Moderator und Brennstoff räumlich getrennt
• Bauweise eines Druckwasser-Reaktors:
  • Schema
    
  • Brennstäbe mit angereichertem Uran
    • N(²³⁵U)/N(²³⁸U) ≈ 5%   (Natururan: ≈ 0.7%)
  • Moderator Wasser
  • gleichzeitig Kühlmittel: p = 158 bar, T = 317 °C
  • 2. Kreislauf treibt Generatoren an
• Weitere Anwendungen:
  • Krebstherapie
  • medizinische Diagnostik
  • Konservierung von Lebensmitteln
  • Messung von Dichten und Dicken
  • u.v.a.
• Aufgaben:
  • Aufgabe 20
  • Aufgabe 21