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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 14:00 Mo 26.05.2008 | | Autor: | aimz |
Hallo
Ich lerne gerade für eine Chemie-Klausur und nun stellen sich mir einige Fragen.
Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.
Zunächst zur Kernspaltung:
1)Am Häufigsten entstehen bei der Spaltung ja Atome die zueinander ein Masseverhältnis von 2:3 haben. Hier entstehen auch immer Neutronen, aber da gibt es ja nun eine schier endlose Anzahl Möglichkeiten, welche Atome entstehen und damit verbunden wie viele Neutronen frei werden, oder?
2)Die Kernspaltung wird durch Neutronen in Gang gebracht, nun gibt es im Atomkraftwerk ja als Moderator Wasser, was ist die Aufgabe vom Wasser? Bremst es die Neutronen ab, weil nur schnelle Neutronen Atomkerne spalten können? stimmt das so?
Dann noch Fragen zum radioaktiven Zerfall:
3) beim beta-Zerfall haben wir eine Grafik, die besagt, dass bei einem beta-zerfall unterschiedliche Mengen Energie frei werden können (jeweils mit Prozentangaben). Die Differenz dieser Energien ist das gamma-quant. Was kann ich mir darunter vorstellen und was hat das zu bedeuten?
Zum Schluss noch 2 Fragen zu Brennelemten:
4) Wir haben uns notiert wie Brennelente hergestellt werden, aber ich werde aus dem Aufschrieb nicht schlau. Am Anfang hat man Uranpechblende (UO2), welches irgndwie zu U3O8 (yellow cake) verarbeitet wird. Dann kommt Flur hinzu (?) und es entsteht UF6. Dieses wird in der Zentrifuge angereichert und und am Schluss hat man wieder UO2... vielleicht kennt jemand eine gute Seite oder kann das gut erklären. Das wäre mir eine große Hilfe.
5) letzte Frage: Was bedeutet "unterkritisch" im Bezug auf einen Siedewasserreaktor?
So das wars! Vielen Dank für eure Hilfe!
PS: Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
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Hallo,
Das im Erz vorhandene Uran wird durch physikalische und chemische Verfahren vom übrigen Gestein getrennt (aufgeschlossen). Dazu wird das Erz zerkleinert (gebrochen, fein gemahlen) und das Uran herausgelöst (ausgelaugt). Dies geschieht mit Säure oder Lauge unter Hinzufügung eines Oxidationsmittels, um das Uran vom sehr schlecht löslichen chemisch 4-wertigen Zustand in die gut lösliche 6-wertige Form zu überführen. Auf diese Weise lassen sich bis zu 90 Prozent des im Erz befindlichen Urans gewinnen. (Quelle: Wikipedia)
[mm] $UO_3 [/mm] + 3 [mm] H_{2}SO_4 [/mm] + 3 [mm] H_{2}O \to [/mm] 4 [mm] H_{3}O^{+}+[UO_{2}(SO_4)_3]^{4-}$
[/mm]
oder
[mm] $UO_3 [/mm] + [mm] Na_{2}CO_3 [/mm] + 2 [mm] NaHCO_3 \to [/mm] 4 [mm] Na^{+}+[UO_{2}(CO_3)_3]^{4-}+H_{2}O$
[/mm]
Anschließend schickt man die gewonnenen uranhaltigen Lösungen über Anionenaustauscherharze, eluiert die Sulfatokomplexe mit einer Sulfatlösung, die Carbonatokomplexe mit einer Carbonatlösung und fällt das Uran aus den Eluaten durch Zugabe von Ammoniak bzw. Natronlauge als Polyuranatgemisch aus (Summenformel [mm] (NH_4)_2U_{2}O_7) [/mm] das - getrocknet - als gelber Kuchen ("yellow cake") anfällt.
[mm] $2[U_{2}O_7)]^{4-}+6 NH_3 [/mm] + 3 [mm] H_{2}O \to (NH_4)_2U_{2}O_7 [/mm] +2 [mm] (NH_4)_{2}SO_4 [/mm] + 4 [mm] SO_{4}^{2-}$
[/mm]
[mm] $2[U_{2}O_7)]^{4-}+6 [/mm] NaOH [mm] \to Na_2U_{2}O_7 [/mm] +2 [mm] Na_{2}CO_3 [/mm] + 4 [mm] CO_{3}^{2-}+3 H_{2}O$
[/mm]
Nun löst man den gelben Kuchen in Salpetersäure, extrahiert gebildetes [mm] UO_{2}(NO_3)_2 [/mm] mit Tributylphosphat (TBP), verdünnt mit Kerosin oder Dodecan, und erhält - nach Eindampfen der gewonnenen [mm] [UO_{2}(NO_3)_2(TBP)_2]-haltigen [/mm] organischen Phase - reines Uranyldinitrat [mm] UO_{2}(NO_3)_2. [/mm] Das hieraus durch Erhitzen auf 300°C erzeugte Urantrioxid wird durch Reduktion mit [mm] H_2 [/mm] bei 700°C in Urandioxid verwandelt.
Durch Reaktion von [mm] UO_2 [/mm] mit Fluorwasserstoff bei 550°C wird [mm] UF_4 [/mm] gewonnen ("grünes Salz", Smp. 960°C):
[mm] $UO_2 [/mm] + 4 HF [mm] \to UF_4 [/mm] + 2 [mm] H_{2}O \uparrow$
[/mm]
Zur Anreicherung des Urannuklids [mm] {}_{92}^{235}U, [/mm] das als eigentlicher Kernbrennstoff dient,führt man das Tetrafluorid [mm] {}_{92}^{238}UF_4 [/mm] / [mm] {}_{92}^{235}UF_4 [/mm] zunächst durch Fluorierung mit elementarem Fluor in das Hexafluorid über [mm] {}_{92}^{238}UF_6 [/mm] / [mm] {}_{92}^{235}UF_6 [/mm] (farblose Festsubstanz, die bei 57°C sublimiert), in welchem man dann [mm] {}_{92}^{235}UF_6 [/mm] durch Diffusions-, Zentrifugen-, Trenndüsen- und sonstigen Trennverfahren [mm] {}_{92}^{235}U [/mm] anreichert (zum Teil bis auf 100%, häufig bis auf 2-4%).
Schließlich wird das mit [mm] {}_{92}^{235}U [/mm] angereicherte Hexafluorid auf dem Wege über das Trioxid (Behandlung mit wässrigem Ammoniak) in das Dioxid [mm] UO_2 [/mm] verwandelt, das meist direkt als Brennstoff für Reaktoren dient.
(Quelle: Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie)
LG, Martinius
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Hallo!
> Hallo
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> Ich lerne gerade für eine Chemie-Klausur und nun stellen
> sich mir einige Fragen.
> Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.
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> Zunächst zur Kernspaltung:
> 1)Am Häufigsten entstehen bei der Spaltung ja Atome die
> zueinander ein Masseverhältnis von 2:3 haben. Hier
> entstehen auch immer Neutronen, aber da gibt es ja nun eine
> schier endlose Anzahl Möglichkeiten, welche Atome entstehen
> und damit verbunden wie viele Neutronen frei werden, oder?
Daß bei der Kernspaltung immer Neutronen entstehen, stimmt nicht. Auch der [mm] $\alpha$-zerfall [/mm] ist eine Kernspaltung, nur mit einem extremen Massenverhältnis. Die Freisetzung von Neutronen ist allerdings recht häufig.
Die Endprodukte sind in der Tat oft sehr vielfältig, es gibt oft eine ganze Reihe konkurrierender Zerfallsreihen beim gleichen Element. Eingeschränkt wird das ganze aber durch Energiebetrachtungen. Es gilt hier, daß möglicht viel Energie frei gesetzt werden soll. Je weniger Energie frei wird, desto unwahrscheinlicher ist der Zerfall.
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> 2)Die Kernspaltung wird durch Neutronen in Gang gebracht,
> nun gibt es im Atomkraftwerk ja als Moderator Wasser, was
> ist die Aufgabe vom Wasser? Bremst es die Neutronen ab,
> weil nur schnelle Neutronen Atomkerne spalten können?
> stimmt das so?
Frei werdende Neutronen bei der Kernspaltung sind gewöhnlich sehr schnell. Man braucht aber langsamer Neutronen. Denn sie sind ungeladen, und werden nicht vom positiven Atomkern eingefangen. Es herrscht nur etwas, das mit den Van-der-Waals-Kräften vergleichbar ist. Damit diese das Neutron einfangen können, muß das Neutron sehr langsam sein. Es ist nicht der Stoß durch das Neutron, sondern das pure Einfügen des Neutrons in den Kern, das die Spaltung bewirkt!
Neutronen verlieren ihre Energie fast ausschließlich durch Stöße, sie ionisieren nichts etc. Jetzt ne einfache Frage: Wie ändert sich die Geschwindigkeit eines Neutrons, wenn es gegen einen 240 mal schwereren Kern stößt? Und wie ändert sich die Geschwindigkeit, wenn es gegen ein gleich schweres Wasserstoff-Atom prallt?
Welche Konsequenzen hat das für die Abschirmung gegen Neutronen? Würdest du lieber Blei oder Plastik nehmen?
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> Dann noch Fragen zum radioaktiven Zerfall:
> 3) beim beta-Zerfall haben wir eine Grafik, die besagt,
> dass bei einem beta-zerfall unterschiedliche Mengen Energie
> frei werden können (jeweils mit Prozentangaben). Die
> Differenz dieser Energien ist das gamma-quant. Was kann ich
> mir darunter vorstellen und was hat das zu bedeuten?
Das ist so falsch. Wenn ein [mm] $\gamma$-Quant [/mm] frei würde, würde man das beobachten können, tut man aber nicht.
Es entsteht beim [mm] $\beta$-Zerfall [/mm] ein zusätzliches Elektronen-Antineutrino [mm] \bar\nu_e [/mm] , welches einen Teil der Energie fortträgt. Da das Neutrino fast keine Masse besitzt und ungeladen ist, ist es fast unmöglich, es nachzuweisen (fast!). Die beim Zerfall frei werdende Energie wird auf Elektron und Neutrino zu unterschiedlichen und zufälligen Anteilen übertragen, sodaß das beobachtbare Elektron alle Energien zwischen 0 und einem für die Reaktion charakteristischen Maximum annehmen kann.
NACH dem zerfall kann das Atom noch angeregt sein, und dann ein [mm] $\gamma$-Quant [/mm] aussenden. Diese Anregung hätte wie die Anregung eines Elektrons in der Atomhülle jedoch ganz diskrete Energieniveaus. Dann müßten auch die Elektronenenergien auf diskrete Werte verteilt sein, sie sind aber völlig kontinuierlich verteilt.
> Zum Schluss noch 2 Fragen zu Brennelemten:
> 4) Wir haben uns notiert wie Brennelente hergestellt
> werden, aber ich werde aus dem Aufschrieb nicht schlau. Am
> Anfang hat man Uranpechblende (UO2), welches irgndwie zu
> U3O8 (yellow cake) verarbeitet wird. Dann kommt Flur hinzu
> (?) und es entsteht UF6. Dieses wird in der Zentrifuge
> angereichert und und am Schluss hat man wieder UO2...
> vielleicht kennt jemand eine gute Seite oder kann das gut
> erklären. Das wäre mir eine große Hilfe.
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Dazu hast du schon ne ausführliche Antwort.
> 5) letzte Frage: Was bedeutet "unterkritisch" im Bezug auf
> einen Siedewasserreaktor?
Die Kettenreaktion bei der Kernspaltung kennt drei Zustände:
Unterkritisch: Die Kettenreaktion bricht von alleine ab, die Reaktionsrate nimmt immer weiter ab, bis nur noch spontane Kernspaltungen auftreten
Kritisch: Die Reaktionsrate bleibt konstant. Das will man bei einem Atomkraftwerk erreichen, um eine konstante Energieabgabe zu erreichen.
Überkritisch: Das will man auf jeden Fall vermeiden, oder auch nicht. Ich denke, das ist selbsterklärend (Hiroshima, Nagasaki, Tschernobyl)
Was genau das mit dem Siedewasserreaktor zu tun hat, weiß ich nicht genau. Aber oft wird das Wasser als Moderator verwendet. Bei einer Überhitzung verdampft das Wasser, und der Reaktor wird automatisch unterkritisch. (Tschernobyl benutzte Graphit, damit funktioniert das nicht.)
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> So das wars! Vielen Dank für eure Hilfe!
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> PS: Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen
> Internetseiten gestellt.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 22:30 Mo 26.05.2008 | | Autor: | aimz |
Vielen Dank, das hat mir sehr weiter geholfen und jetzt ist mir einiges klarer geworden!
Vielen Dank für eure Hilfe und einen schönen Abend noch!
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