Thema 12: It´s The Final Countdown! - Lösungen

(A) Beispiele aus dem Alltag

• Klettfrucht als Vorbild für den Klettverschluss

• Krakenarme als Vorbild für Saugnäpfe

• Mohnpflanze als Vorbild für den Salzstreuer

• Geckofüße als Vorbild für starke Haftfolien

• Lotusblatt als Vorbild für antihaftbeschichtete Metalle, und vieles mehr…

(B) Experiment Eisbärfell und Eisbärhaut

Bei der Durchführung des Experiments kann festgestellt bzw. beobachtet werden, dass das schwarze Papier warm wird. Übertragen auf den Eisbär bedeutet dies, dass sich seine Haut wahrnehmbar erwärmt, wenn Sonnenlicht auf sein dickes Fell fällt.

Schaut man sich das Experiment einmal genauer an, so fällt auf, dass die Lichtstrahlen der Taschenlampe zum Teil in einem sehr großen Winkel auf die Innenwand des Strohhalms fallen. Hier kommt es nun zur Totalreflexion und der Großteil der Lichtstrahlen wird, ohne gebrochen zu werden, zum schwarzen Papier reflektiert. Da Lichtstrahlung auch als Wärmestrahlung fungiert und schwarze Materialen mehr als 90% der Strahlung absorbieren, kann die Eisbärhaut durch Totalreflexion und ihre schwarze Farbe, fast die ganze Wärmestrahlung des Sonnenlichts aufnehmen.

(A) Berechnung der Energie, die bei der Verwertung von einem Kilogramm Uran-235 freigesetzt wird

Bestimmung der Masse von einem Uran-235 Atom: Ein Uran-Atom hat 92 Protonen, 92 Elektronen und 143 Neutronen. Also lässt sich die Masse durch 92∙mP+92∙me+143∙mn berechnen.

Mit den Naturkonstanten aus dem Taschenrechner ergibt sich eine Masse von 3,93∙10-25kg.

Nach Anwenden des Dreisatzes erhält man die Anzahl an Atomen in einem 1kg Uran-235 wie folgt: 13,93∙10-25=2,545∙1024

Nun muss die Anzahl der Atome noch mit der freigesetzten Energie pro Atom multipliziert werden und man erhält als Gesamtenergie: 2,545∙1024∙210∙106=5,3445 ∙1032eV

(B) Vergleich mit Braunkohle

Bei der Verbrennung von einem Kilogramm Braunkohle wird eine Energie von 15MJ freigesetzt, dies entspricht 9,36∙1025eV.

Bei der Kernspaltung von einem Kilogramm Uran-235 wird also deutlich mehr Energie freigesetzt, als bei der Verbrennung von einem Kilogramm Braunkohle.

(C) Zerfallsreihe

Zum einen wird in der Zerfallsreihe von Uran-235 deutlich, dass Uran selbst eine sehr hohe Halbwertszeit (704 Millionen Jahre) besitzt. Das bedeutet, dass Uran sehr lange braucht, bis die Hälfte der Uran-Atome in andere Elemente zerfallen ist. Zudem findet dieser Zerfall unter Aussendung von α-Strahlung statt. Diese kann zwar relativ gut abgeschirmt werden, ist aber hochgradig gefährlich. Außerdem kann man noch erkennen, dass die Zerfallsreihe von Uran-235 aus ziemlich vielen Zerfallsprodukten besteht, die wiederum ebenfalls sehr große Halbwertszeiten aufweisen, bis am Ende ein stabiles Atom entsteht. Daher muss Uran-235 sehr aufwendig und über mehrere Millionen Jahre gelagert werden, damit keine gefährliche α-Strahlung in den Boden und damit in die Nahrung gelangt.

(D) Meinung

Kernkraftwerke bieten durch ihre hohe frei gesetzte Energie eine effiziente Möglichkeit Energie bereitzustellen, bei vergleichsweise niedriger Umweltbelastung (im Vergleich zu Kohleverbrennung). Dennoch gibt es besondere Lagerungsbedingungen für Abfallprodukte, die über mehrere Millionen Jahre eingehalten werden müssten. Zudem kann es immer mal wieder vorkommen, dass durch einen Unfall in einem Kernkraftwerk gesundheitsgefährdende Strahlung in die Umwelt gelangt. Dies kann schwerwiegende Folgen für Mensch und Tier haben. Anhand der Vor- und Nachteile sollte sich jede und jeder selbst Gedanken dazu machen, wie sie oder er zu der Nutzung von Kernkraft steht.

Nachschauen in einer Tabelle ergibt für die Standardnormalverteilung von 3,0358 rund Eins.

Demnach ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person bereits einen Tag nach der Infektion Symptome entwickelt rund Null.