Auf welche Weise wird in einem Kernreaktor verhindert, dass es zu einer unkontrollierten Kettenreaktion kommt?
Kann mir auch bei dieser Frage jemand eventuell weiterhelfen 😄 Ich verstehe dieses Thema irgendwie nicht recht :/
Danke fürs Helfen 😊
LG SaraWacht
6 Antworten
Je nach Reaktortyp funktioniert das stark unterschiedlich, um welchen Typ geht es? Druckwasserreaktoren?
Generell beliebte Konzepte sind Bremsstäbe aus einem Neutronenabsorber, die zwischen die Brennstäbe eingeführt werden und die umherfliegenden thermischen (also langsamen, als Auslöser für Spaltungsreaktionen geeigneten) Neutronen einfangen und binden.
Daneben achtet man bei der Wahl des Moderators (sprich desjenigen Stoffes, der verwendet wird, um die schnellen Neutronen, die bei der Spaltung eines Urankerns frei werden, abzubremsen).
Außerdem ordnet man den Brennstoff so an, dass er nicht sofort superkritisch wird, also spontane Zerfallskettenreaktionen stattfinden können; würde man den Brennstoff zu kompakt zusammenpacken, wäre das der Fall, passiert ist das z.B. in Tokaimura, wo zu hohe Konzentrationen radioaktiver Stoffe zusammengemischt wurden).
das wird in der regel durch das einbringen son sog. steuerstäben gemacht, die den prozess der kernspaltung bremsen oder zum stillstand bringen. sie enthalten material, dass die freigesetzten neutronen absorbiert, bevor sie weitere kernspaltungen auslösen können. dadurch wird das entstehen einer sog. "kritischen masse" verhindert.
Hängt vom Reaktortyp ab.
Aber generell kann man Sagen dass im Reaktor Steuerstäbe sind, die fangen Neutronen ein und verhindern dass dadurch weitere Kerne gespalten werden.
Über die Menge der eingefahrenen Stäbe und die Tiefe wird die Leistung des Reaktors geregelt.
In Modernen Reaktoren (Leichtwasserreaktor) ist es zudem so dass das Wasser der Moderator ist und sich dadurch ein negativer Dampfblasenkoeffizient ergibt. Das führt dazu dass die Leistung des Reaktors abnimmt je weniger flüssiges Wasser im Kern ist.
Beim Reaktor in Tschernobyl oder auch anderen Reaktoren dieser Bauart ist es so dass die die einen positiven Dampfblasenkoeffizienten haben, das bedeutet je weniger Wasser im Reaktor desto höher wird die Leistung von diesem. In diesem Reaktortyp wird Graphit als Moderator genutzt.
Atomreaktor:
Ein Atomreaktor besteht aus den Kernbrennstäben, den Moderator aus Graphit oder schweren Wasser (also Wasser dessen Wasserstoff aus Tritium besteht), der die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen auf die Kernspaltgeschwindigkeit abbremst und den Regelstäben aus Bor- Kadmium- oder Hafniumstählen, die einen Teil der bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen absorbieren. Dadurch kann die Leistung eines Kernreaktors gesteuert werden und somit werden auch Unterschiede in der Energieerzeugung zwischen Tag und Nacht ausgeglichen. Die Kernbrennstäbe enthalten den Kernbrennstoff und sind mit Zirkonium umhüllt. Zur Kernspaltung wird Uran U235 oder Plutonium Pu239 verwendet. Da Natururan zu 0,7% aus U235 und zu 99,3% aus U238 besteht, kann der Anteil des U235 erhöht werden. Dazu wird das Uran angereichert. Das Uran wird zuerst mit Flour in Uranhexaflourid umgewandelt, welches einen hohen Dampfdruck besitzt. Außerdem gibt es von Flour auch nur ein einziges Isotop. Das Anreichern erfolgt durch die Zentrifugalkraft in Gaszentrifugen, die aus sich schnell drehenden Röhren bestehen. Dabei werden durch die Zentrifugalkraft die leichteren U235 Isotope von den schwereren U238 Isotopen getrennt.
Da Kernwaffen keinen Moderator haben, muß das Uran für Kernwaffen höher angereichert werden. In Brutreaktoren wird das U238 durch schnelle Neutronen in Plutonium Pu239 umgewandelt, welches dann weiter gespalten wird. Diese Reaktoren sind allerdings technisch sehr anspruchsvoll. Da die Umwandlung des U238 in Pu239 durch schnelle Neutronen erfolgt (daher der Begriff "Schneller Brüter"), wird kein Moderator verwendet. Daher muß das Uran vorher ebenfalls höher angereichert werden, um den Anteil des U235 zu erhöhen. Als Kühlmittel wird Natrium verwendet, welches sehr feuergefährlich ist. Plutonium ist sehr giftig. Außerdem ist die Gammastrahlung viel höher als bei einem normalen Kernreaktor. Von den drei bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen, wird ein Neutron für die Kernspaltung des U235 und ein weiteres Neutron für die Umwandlung des U238 in das Pu239 benötigt. Daher darf höchstens ein Neutron absorbiert werden.
Das macht man mit einem Moderator, der die schnellen Neutronen aus der Kernspaltung abbremst. Im einfachsten Fall einfach Wasser. Die Bremsstäbe haben eine andere Funktion.