Einschub zur Erinnerung: Grundlagen Kernphysik und Kernenergie

3ab. Einschub zur Erinnerung: Grundlagen Kernphysik und Kernenergie 3ab .1 Globale Eigenschaften der Kerne .2 Kernspaltung .3 Reaktordynamik .4 Reaktortypen: Druckwasser-Reaktor und andere .5 Brennstoffkreislauf bzw. Abfall

3b.1 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 „Was ist Kernkraft“

--------- Nukleon. U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „

3b.2 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 „Was ist Kernkraft“

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „

238U b..= barn Spaltquerschnitt von235Uundvon238U Spaltquerschnitt der Atomkerne 235U und 238U gegenüber Neutronen in Abhängigkeit von derNeutronenenergie Quelle:Hänsel-Neumann: Physik-Bd 3: Atome-Atomkerne-Elementarteilchen, Spektrum Verlag 1995, ISBN=3-86025-313-1, Abb.12.20,p.451

Neutronenbilanz in einem Reaktor Start:  Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1299, Abb.44-4

Also: Neutronenbilanz in einem Reaktor: Start: Eine Generation aus 1000 Neutronen trifft auf den 235U-Brennstoff innerhalb der 238U-Matrix und den Moderator. Durch Kernspaltung entstehen 1370 Neutronen, 370 davon entweichen oder werden eingefangen, ohne dass es zu einer Spaltung kommt. Es verbleiben von dieser Generation wieder 1000 thermische Neutronen für die Folgegeneration. Die Abbildung gilt für einen mit konstanter Leistung arbeitenden Reaktor. Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1299, Abb.44-4

.3 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „

.4 Kernreaktoren

.41 Leichtwasser Schematischer Aufbau eines Leichtwasserreaktors (LWR) I----------------- Wärmeerzeugung---------------------------I Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Bild 5.1,p.237

.411Druckwasser Dampfkraftwerk mit Druckwasser-Reaktor „nur“ rund 600 K und 150 bar I- Wärmeerzeugung-I Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1300, Abb.44-5

Druckwasser-Reaktor Das Wasser im Primärkreislauf dient sowohl als Moderator als auch als Kühlmittel Quelle:Paul A. Tipler.: „Physik“, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg,2000, ISBN 3-86025-122-8 , p. 1409, Abb.40.13

Schematischer Aufbau eines Druckwasser-Reaktors (DWR) , etwas erweitert Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Bild 5.2,p.239

DWR Beim SWR wird im Core direkt Dampf für die Turbine erzeugt SWR U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „

.42 Weitere Reaktortypen

.421 HTR-Reaktor (Schema) : Kugelhaufen-Reaktor Brennelement 60 mm - Kugel Brennstoffkern < 1mm Durchmesser He wird auf 750 -100°C aufgeheizt! daher „Hochtemperatur“ Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, Abb. 9.9,p.259

Bemerkungen: • Reaktor = „Silo“ , das eine Schüttung von tennisbalgroßen Kugeln mit Graphitmantel besitzt [im Reaktor Hamm-Uentrop waren es 67000 Kugeln ] • Jede Kugel enthielt 30000 kleine Brennstoffkerne mit Durchmesser = ca. 0,2 mm aus hochangereichertem U-235 und Th-232 (als Brutstoff ) • und besaß einen Graphitmantel • Das Brennelement , also die 60 mm – Kugel , war so fest, dass sie Spaltprodukte endlagerfähig umschließen sollte. • Die Beschickung erfolgte kontinuierlich • Als Kühlmittel wird He von 250°C auf 750 -1000°C aufgeheizt! daher „Hochtemperatur –Reaktor“Hoher elektrischer Wirkungsgrad! • Inhärent sicherer Betrieb ist möglich, sofern die Auslegung –je nach Aufbau- bau – auf 100-300MWel eschränkt bleibt. “ Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.259, und /Heinloth 2003, p. 244 ff./

.422 Schneller Brutreaktor: Schnitt durch den Kern Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, Abb. 9.10, p.261

Aus U-238 wird letztendlich Pu-239 erbrütet: U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „

Bemerkungen zum Schnellen Brüter: • Hohe Leistungsdichte (z.B. 375 MW/m3) erfordert spezielles Kühlmittel Flüssiges Na , mit Wärmeleitfähigkeit = 62 W/(m*K) bei 600 °C vgl. H2O: lambda = 0,6 W/(m*K)(bei 80°) • Anteil der verzögerten Neutronen ist nur ½ so groß wie beim LWR • Daher: kurze Reaktionszeiten für Steuerstäbe: 0.5 - 0.7 sec(beim LWR: 2.5 sec) • hoher apparativer und sicherheitstechnischer Aufwand • Die urprünglich unterstellte Verknappung des Rohstoffes Uran wird nicht mehr so kritisch wahrgenommen. Daher weniger Beharrlichkeit. • u.U. Proliferationsproblem durch Abzweigen von erbrütetem Pu • Bilanz: Prototyp Kalkar wurde aufgegeben • Superphénix1995 nach Brand stillgelegt. („zu Forschungszwecken genutzt“) • in Indien wurde Baustelle 2004 vom Tsunami überflutet “ UrQuelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.261ff, und /Heinloth 2003, p.

Reaktor - Typ „LeichtWasser“ ____________ Canada_____________ _ nur noch im UK ____________ inhärent sicher Typ Tschernobyl inhärent sicher therm. .423 Übersicht verschiedener Raktortypen: Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Tabelle 5.2,p.238 , (redaktionell bearbeitet)

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Tabelle 5.3,p.240

.5 Brennstoff(kreis)lauf - Wiederaufarbeitung radioaktiver Abfall Endlagerung

.5 Für DWR, 1 GWel, und 1 Jahr: U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „

Verfahren zur Anreicherung von U-235: Energie und Kostenaufwand Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,p.235 ,

In der Entwicklung : Trenndüsenverfahren (Schema) Aber noch zu hoher Energieaufwand Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.253.

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,p.236 ,

.5 radioaktiver Abfall Endlagerung

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.231.

Quelle: MIT-ocw22.39_Golay_Vorlesung_10 CriticalSafetyFunctions, Adresse siehe linke Randleiste

Die vom radioaktivemAbfall, wie er im Verlauf eines Jahrs in einem typischen Kernkraftwerk anfällt, freigesetzte thermische Energie als Funktion der Zeit. Die Kurve ist die Summe der Beiträge einer großen Anzahl von Radionukliden mit einer ebenso großen Streuung der Halbwertszeiten. Man beachte, dass beide Skalen logarithmisch sind. Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1301, Abb.44-6

Ein tendenziöses Zwischenbild als Tagtraum. Quelle: Der Spiegel, 2005, Heft 17, p.22

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „

Reste U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „

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