WR241 Ferngespräche XXVI (Leichtbau, Atomkraft)

 

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Diesmal mit nur zwei Anrufern. Jan erzählt vom Leichtbau und wie er sich ein Velomobil baut, weil er es kann und Frank erzählt ausschweifend die Geschichte von der Nutzbarmachung der Kernkraft.

Shownotes von Kai, Jeremy und alnkpa.

 

Die nächsten Ferngespräche gibt es – wenn nix dazwischenkommt – am 27. Januar 2014 um 19.00 Uhr. Den Einbeinigen schalte ich rechtzeitig wieder ein.

18 Gedanken zu „WR241 Ferngespräche XXVI (Leichtbau, Atomkraft)

  1. tp1024

    Das reichlich umfangreiche Buch “Radioactivity and Health: A History” von Newell Stannard gibt es übrigens hier zum Download:

    http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/6608787

    DIe Seite auf der das gehostet wird gehört dem Amerikanischen “Office for Scientific and Technical Information”, auf der alle möglichen Dokumente zu technischen Themen, inklusive Kernkraftwerke zumindest verzeichnet sind. In vielen Fällen kann man sie auch direkt als pdf herunter laden, bei (meistens) exotischeren Dokumenten muss man leider den Weg über eine Uni Bibliothek gehen.

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  2. nykon

    ‘es gibt keinen markt’ … es gibt scheinbar online keine anbieter für sowas. hab während dem gespräch schon etwas gegoogelt

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    1. nykon

      interessante idee mit dem musikbett dazwischen. fühlt sich ein bischen an wie fahrstuhlfahren.

    2. nykon

      das ‘es gibt keinen markt’ war ein zitat aus dem Gespräch 🙂
      Fertige Velos gibts scheinbar nicht außerhalb von Maßanfertigungen zu kaufen – zumindest ist mir bei meiner ersten Recherche kein ‘OnlineShop für Velomobile’ über den Weg gelaufen und es gab nur ein Angebot auf eBay (benutzungsfertig).

    3. Moritz Landendörfer

      Das sind ja zwei tolle Themen diesmal!

      Nykon – nein, du hast da wohl etwas falsch aufgefasst. Velomobile sind keine Maßanfertigungen wie Fahrräder vom Rahmenbauer. Falls der Begriff gefallen ist, ist er so zu verstehen dass sie nicht abholbereit beim Händler stehen wie häufig Fahrräder, sondern konfiguriert und bestellt werden wie Autos (und teilweise Fahrräder). Ich zähle nur aus dem Stegreif ein paar Hersteller auf:
      velomobiel.nl – der größte Hersteller. Die Fahrzeuge gelten als durchdacht und ausgereift.
      milan-velomobil.de – deutsch und besonders schnell, insbesondere die enger geschneiderte Version
      go-one.de – genau gleichenfalls
      leitra.dk – ein dänischer Klassiker, mit seniorentauglichem Einstieg.

  3. Timo Altfelde

    Die physikalische Darstellung hatte einige Fehler, ich versuche das gröbste zu erwähnen. Die Erklärungen für die kernphysikalischen Prozesse zum Ende hin sollte man nicht so genau nehmen.
    Je weiter sich die Strukturen von unserem Alltag entfernen, desto problematischer wird es “einfache” Erklärungen zu finden. In diesem Bereich wird es mit der Anschaulichkeit wirklich fies.

    Rutherfordscher Streuversuch

    Der Versuch ist so aufgebaut, dass der Film Kreisförmig um die Goldfolie angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Streuung in einem Bereich von fast 360° untersuchen. (http://de.wikipedia.org/wiki/Rutherford-Streuung)

    Die meisten Teilchen (1 von 100000 wurden abgelenkt) gingen ungehindert durch die Folie durch, und ein sehr kleiner Teil wurde um zurück gestreut. Dies entspricht der Vorstellung, dass die Kerne punktförmig und sehr klein sein müssen. Hierzu gibt es ein Zitat: „Dies ist so unwahrscheinlich, als ob man mit einer Pistole auf einen Wattebausch schießt, und die Kugel zurückprallt.“

    Allerdings gibt es noch eine andere sehr wichtige Beobachtung, die die Struktur der Kerne besser verdeutlicht. Die gestreuten Teilchen folgten einer hyperbolischen Bahn, d.h. das Bild der ungehinderten Teilchen auf der Folie “schmiert” zu den Seiten aus und wird für größere Winkel immer schwächer.
    Dies liegt daran, dass die 2-fach positiv geladenen Teilchen von den Goldkernen abgestoßen werden, wobei der Effekt der Abstoßung quadratisch mit dem Abstand abfällt.
    Die Teilchen müssen schon sehr, sehr nahe an den Kern kommen um eine Ablenkung zu zeigen und wirklich große Winkel werden nur erreicht, wenn der Kern fast direkt getroffen wird. Dies ist bei 10⁻¹⁰ m schon schwierig.

    Diese Beobachtung führte zum Rutherfordschen Streuformel, welche die Grundlage für die Bestimmung der Wahrscheinlichkeiten des Eintreten eines Kernprozesses bildet.
    Selbst bei der Untersuchung von Quarks wird eine modifizierte Version verwendet: http://de.wikipedia.org/wiki/Formfaktor_(Physik)

    Insofern ist die Aussage, dass die Erkenntnisse des Experiments keine Rolle für den Bau von Kernwaffen darstellt nicht korrekt. Ohne die Berechnung der Wirkungsquerschnitte (Wahrscheinlichkeiten) hätte man keine Chance eine kontrollierte Reaktion ablaufen zu lassen.

    Röntgen- vs Gammastrahlung

    Die Bereiche werden in erster Linie durch die Energie der Photonen unterschieden. So wirklich trennen lassen sich beide nicht, die Energiebereiche überlappen sich entsprechend auch.
    Die Röntgenstrahlung entsteht durchaus durch die Wechselwirkung mit den Elektronen, ist aber nicht auf Röntgenröhren beschränkt. Es kann sogar passieren dass Kernphysikalische Prozesse indirekt Röntgenstrahlung erzeugen: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroneneinfang

    Gammastrahlung erfordert allerdings sehr hohe Energien, die i.R. nur durch Kernphysikalische Prozesse bereitgestellt werden können. Vermutlich kann man das auch über Bremsstrahlung hinbekommen, aber da würde man es vermutlich dennoch harte Röntgenstrahlung nennen.

    Die Aussage “Röntengenstrahlen kommen von der Röntgenröhre, Gammastrahlen vom Atomkern” ist zwar so nicht direkt falsch, man sollte jedoch nicht auf die Idee kommen daraus Rückschlüsse zu ziehen.

    Neutronenuntersuchung

    Allgemein definiert man neue Objekte, wenn sich herausstellt, dass sich irgendwelche Eigenschaften differenzieren kann, z.B. zu Beginn Atomkern und Atomhülle.

    Da der offensichtlichste Unterschied zwischen Protonen und Neutronen die Ladung ist, die Masse jedoch gleich bleibt, kann man hierbei ansetzen. Mir fallen mehrere Möglichkeiten ein.
    Beide Teilchen können mit anderen Teilchen zusammen stoßen oder auch mit Kernen interagieren.

    Allerdings sorgt die fehlende Ladung der Neutronen dazu, dass keine Ionsierung stattfinden kann und sie auch nicht im Magnetfeld abgelenkt werden können.

    Bewegt sich demnach ein Proton durch ein Messvolumen wird es eine Leuchtspur hinter sich herziehen, bevor es irgendwann zu stehen kommt. Bei einem Neutron ist diese Spur nicht zu sehen, allerdings kann es zu einer Reaktion kommen, die beobachtet wird oder das Neutron stößt andere Teilchen an, die ihrerseits Ionisierend wirken.
    Dies sieht dann so aus, als ob aus dem Nichts eine Reaktion statt finden würde. Die Energie kann dann über die Impulserhaltung ermittelt werden.

    Ebenso kann man, wenn man nur die Reaktionen betrachtet, beide Teilchen durch ein Magnetfeld unterscheiden (http://de.wikipedia.org/wiki/Blasenkammer). Die Protonen ziehen hierbei eine Kreisbahn (Schnecke), während Elektronen in die andere Richtung (umgekehrtes Vorzeichen) drehen und auch einen anderen Radius (kleinere Masse) besitzen. Neutronen sind dagegen vom Magnetfeld unbeeindruckt. Es gibt Detektoren beim CERN, die nach diesem Prizip arbeiten.

    Bildung von Atomkernen und der Zerfall desselben:

    Das Neutron sorgt an sich nicht dafür, dass die Protonen zusammenhalten. Beide sind in der hinsicht gleichwerte Nukleonen, die sich durch den Isospin unterscheiden. Aus diesem Grund können sie auch durch z.B. den Betazerfall umgewandelt werden. Das zu erklären wäre jetzt lustig. 😉

    Um die Umwandlung zu verstehen benötigt man die QCD, allerdings lässt sich die Kernphysik auch behandeln, ohne darauf einzugehen, zumal man sich außerhalb der Theorie nur oberflächlich mit dieser befasst. Ich muss auch keine Ahnung von Kernphysik haben, um zu kapieren, warum eine chem. Bindung stärker ist, als eine andere.

    Wichtiger ist hierbei der Beobachtete Massendefekt, bei dem ein Teil der Masse “verloren” geht, da sich die Nukleonen in einen tieferen Bindundungszustand befinden. Dieser Massendefekt wird auch genutzt, um aus den Kernprozessen Energie zu gewinnen.

    Das Anschaulichste, was ich hierzu kenne, ist das Tröpfchenmodell, mit der man die Bindungsenergie einer Kernkonfiguration abschätzen kann. (https://de.wikipedia.org/wiki/Bethe-Weizs%C3%A4cker-Formel)

    Ein Kernprozess findet statt, sobald es die Möglichkeit gibt durch eine Umwandlung eines der Kernbestandteile in einen niedrigeren Energiezustand zu kommen. Dies bedeutet, dass man sich die Massedifferenz zweier Zustände anschauen muss, um zu sehen, ob ein Kern dazu neigt sich zu ändern.

    Bei Elementen, die leichter als Eisen/Kobalt sind, ist es günstiger zu fusionieren. Bei Elementen, die schwerer sind, ist es günstiger sich zu spalten.

    Auf Grundlage des Tröpfchenmodells kann man auch sehen, warum sich die beiden Uranisotope unterschiedlich gut für die Kernwaffenherstellung eignen. Wenn U²³⁵ ein Neutron aufnimmt, bekommt das U²³⁶ durch den Paarterm eine zusätzliche Masse von rund 1 MeV. Diese begünstigt den Zerfall zusätzlich, während bei U²³⁸ der Umgekehrte Fall einträfe.

    Mit der Art des Neutroneneinfanges hat der Unterschied nichts zu tun. Auch der Vergleich mit Metorieten in einem Gravitationsfeld ist unpassend, da die Effekte hier u.A. relativistischer Natur sind und sich überlagern. Dadurch ist die Abhängigkeit zur Energie etwas komplizierter: http://www.physikblog.eu/wp-content/uploads/2011/03/Wirkungsquerschnitt_Spaltung.png

    Es gibt da noch einige Besonderheiten, die aber m.E. nicht relevant sind. Ich hätte mich vermutlich kürzer fassen können.
    Ich hoffe, dass ich nicht allzu viel falsch gemacht habe.

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    1. tp1024

      Und jetzt erkläre das nochmal anschaulich am Telefon. 🙂 Wobei du beim Rutherford Versuch absolut recht hast, das war ziemlich mies erklärt. Schön anschaulich (vor allem mit Bildern) gibt es das hier:

      http://www.ltam.lu/chimie/RutherfordCD.html

      Die Frage der Kernreaktionen und wieso man einmal mit Kernfusion und einmal mit Kernspaltung Energie gewinnen kann, hätte perfekt zum Thema gepasst – hatte ich aber schlicht vergessen. Ich habe vor nocheinmal über Kernkraftwerke zu reden, viellecht nehme ich da Fusionsreaktoren mit hinein und bespreche es da.

      Insgesamt bin ich etwas unzufrieden, weil ich VIEL zu aufgeregt war um das wirklich locker zu besprechen. Ich bin jedenfalls viel entspannter vor 30 oder 50 Leuten als GANZ ALLEIN am Telefon … wobei ich jetzt zumindest das Elend derjenigen nachvollziehen kann, denen es gerade umgekehrt geht.

    2. Timo Altfelde

      Ich habe einen blöden Fehler gemacht. Bei Betazerfall spielt die starke Wechselwirkung keine Rolle, die QCD dient allerdings der Beschreibung derselben. Demnach ist diese dann auch nicht für das Verständnis des Betazerfalls notwendig.

      Ich bin kein Theoretiker. 🙂

      @tp1024
      Wenn du etwas über die Kernenergie machen möchtest (egal wo), empfehle ich dir dich an den technischen/historischen Aspekt zu halten und die Physik nur oberflächlich zu behandeln. Das ist wirklich nicht so einfach, besonders die Herausforderungen der Kernfusion sind tricky.

      Ich würde Zögern darüber was zu erzählen, obwohl ich damit ziemlich direkt etwas zu tun habe, zumal ich letztens jemanden hörte, der auf einem anderen Niveau steht: https://resonator-podcast.de/2013/res021-fusionforscherin-ursel-fantz/.

      Vielleicht ist es aber ganz gut, sich auch mal mit Lücken rauszuwagen. Wer ist schon allwissend? 😉

    3. tp1024

      Es war ja gerade die Idee, den theoretischen Inhalt durch möglichst viel Geschichtsbezug zu “verdünnen”, damit man möglichst ohne Kopfschmerzen folgen kann – und ansonsten hauptsächlich auf der Hälfte meines Halbwissens zu bleiben in der ich mich tatsächlich auskenne (und den Rest nur anzudeuten).

      Zum Glück hat man in den 50er und 60er Jahren einen ganzen Zoo von allen möglichen Reaktoren gebaut, so dass es bei der Beschreibung genug Möglichkeiten zur Wiederholung von allen nötigen Konzepten bleiben. Ich muss mir nur überlegen wie ich da die Shownoteschreiber entlasten kann.

      Und ja, Kernfusion ist tricky. Allzuweit über “Wenn das Tritium mit dem Deuterium” werde ich da nicht hinaus kommen. Wichtiger wäre es da eigentlich sich über Plasmadynamik und Supraleiter zu unterhalten, aber davon habe ich absolut keine Ahnung. Ich habe noch nichteinmal eine Vorstellung wie man darüber sinnvoll und verständlich reden könnte.

  4. Martin

    Flugzeug-Eigenbau: Beim Belastungstest sollte das Flugzeug nicht beschädigt werden, sofern es den Test besteht … Bilder von einem solchen Test findet man beispielsweise unter http://www.rv8r.de/structuretesting_d.htm.

    Selbst ein Flugzeug zu bauen lohnt sich eigentlich nur als Hobby. Eigenbau-Flugzeuge kann man häufig für die Materialkosten oder weniger von Erbauern kaufen – dazu käme beim Eigenbau noch der grosse eigene Zeitaufwand und der ist für das Fliegen allein mit allem Drum und Dran schon sehr gross …

    Leichtflugzeuge: Ein Problem bei den erwähnten Leichtflugzeugen ist die Zuladung – häufig können zwei 80 kg-Personen mit Gepäck und vollem Tank legal nicht mehr abheben … ältere Cessna wie beispielsweise die C182 haben deshalb immer noch viele Vorteile, vor allem auch für das Fliegen im Busch oder im Gebirge, für mehr Sicherheit nach dem Abheben, für mehr Zuladung und immer Volltanken … die Geschwindigkeiten sind vergleichbar. Preislich ist es tatsächlich so, dass viele ältere Kleinflugzeuge auf dem Markt sind und nicht allzu viel Kosten. Wieso? Im Wesentlichen macht der Motor den Wert solcher Kleinflugzeuge aus und bei geringen Kosten im Verkauf muss meistens sofort oder bald schon ein neuer Motor her …

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  5. Mike

    Zum Velo Mobil. Als mein Bruder (Jahrgang 73) in der Oberstufe war, hat er mit
    Zwei Freunden im Keller von meinem Vater ein Liegerad für ein Art Jugend Forscht Wettbewerb zu bauen. Die Idee war auch damals schon Wetterschutz zu haben. Damals hat man aus Vierkant Stahl ein Dreirad gebaut. Zur Hülle hat es zum Wettbewerb nicht mehr gereicht. Das hatte man später noch mal aus Glasfaser gebaut. Die Hülle war unten offen und hatte ein Klappmechanismus hinten, so das es quasi ein Deckel für das Rad war. Aus der ganzen Sache ist die Firma http://www.hpvelotechnik.com entstanden. Die Räder sind alle gefedert und es gibt auch eine Gepäckbox. Das als Basis und dann eine Verkleidung zu bauen, wäre auch ne Möglichkeit für ein Velomobil.

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  6. Jan

    Ich bin nicht sicher wie viele daran interessiert sind den stetigen Fortschritt meines Velomobils zu verfolgen, aber seit Gestern steht das Velomobil das erste mal auf eigenen Rädern.
    Nach viel Arbeit kann man sich das erste mal rein setzen, die Haube schließen und durch die Gegend rollen, solche Erfolgserlebnisse sind wichtig um die Motivation aufrecht zu erhalten, jetzt bin ich fast soweit die ersten Probefahrten zu unternehmen.

    http://www.jk-velo.de.rs/velomobil/vereinigt

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