hi kann mir jmd die Kettenreaktion im A.K. erklären. Brauche das für eine Dokumentation. Weiß das jmd?

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1 Antwort

Hier eine Erklärung, gleich mit Anwendung auf einen Druckwasserreaktor

Spaltungs-Kettenreaktion regeln

Erst mal ganz grundsätzlich: die Ketten-Reaktion hat nun nichts mit
dem natürlichen radioaktiven Zerfall von Uran-235 zu tun
.

Die Kettenreaktion läuft ab, weil beim Spalten eines Uran-235-Kernes
erneut etwa 2,2 neue Neutronen frei werden, welche wieder einen
anderen Uran-235-Kern spalten können (Konjunktiv). Hat man
eine geometrische Anordnung (z.B. Kugel) errichtet, wo genügend
Neutronen in der Anordnung bleiben und nicht durch die Oberfläche
der Anordnung entkommen, ergibt sich eine selbst erhaltende
Kettenreaktion. Die Anzahl der Neutronen fasst man mit dem
Neutronen-Vermehrungsfaktor „k“ zusammen. Im angesprochenen
kritischen Fall ist k = 1.

Damit ist es aber nicht getan. Bei einer nuklearen Spaltungs-Kettenreaktion wird Kernenergie in Form von Wärme frei, welche das Volumen der Anordnung ausdehnen lassen (Wärmeausdehnung). Dehnt sich dieAnordnung aus, nimmt auch der Abstand zwischen Uran-235-Kernen in der Anordnung zu. Das führt nun dazu, dass jetzt weniger freie Neutronen auf einen Uran-Kern treffen und mehr durch die Anordnungs-Oberfläche entkommen. Das Resultat dieser Wärmeausdehnung ist also ein Abreißen der nuklearen Spaltungs-Kettenreaktion.

Dieses Verhalten, der Wärme-Ausdehnung, nimmt man in  Kernreaktoren zum Regeln oder Abschalten der Spaltungs-Kettenreaktion. Z.B. können Druckwasser-Reaktoren so direkt durch die Wärme-Entnahme aus dem Wärmetauscher von der Turbine gesteuert werden.

Erklärung:
1.
Kernreaktor ist im Gleichgewicht und erzeugt etwa 3 GW Wärme.
2. Das warme Reaktor-Wasser (etwa 300°C und unter Druck bei
etwa 155 Bar) strömt in den Wärmetauscher und erzeugt somit auf der
Sekundär-Seite des Wärmetauscher Wasserdampf. 3. Der
Wasserdampf wird nun über ein Dampf-Ventil in die Turbine geleitet,
wodurch sich die Turbine anfängt zu drehen und somit den
Strom-Generator antreibt.

Wird nun das Dampf-Ventil etwas zugedreht, strömt weniger Dampf in die Turbine und somit auch weniger aus dem Wärmetauscher. Das führt
dazu, dass sich der Wärmetauscher sekundär seitig aufheizt und dass
somit insgesamt weniger Wärme aus dem Wärmetauscher entnommen wird. Somit wird dann auch das Reaktor-Wasser weniger im Wärmetauscher gekühlt und strömt jetzt wärmer in den Reaktor zurück. Das rückströmende Reaktor-Wasser ist bei etwas verschlossenem
Dampf-Ventil etwas wärme als bei voll offenem Dampf-Ventil. Das nun
etwas wärmere rückströmende Reaktor-Wasser wird nun den
Reaktor-Kern schlechter kühlen als bei voll offenem Dampf-Ventil und
somit dehnt sich der Reaktor-Kern etwas aus. Diese Wärme-Ausdehnung des Reaktor-Kerns hat nun eine Reduktion der Spaltungs-Kettenreaktion zur Folge (k<1).Das führt nun dazu, dass das Reaktor-Wasser weniger aufgewärmt wir, als im Zyklus mit offenem Dampf-Ventil. Dieses weniger aufgewärmte Reaktor-Wasser wird nun wieder in den Wärmetauscher strömen und Wärme, abhängig vom Dampf-Ventil, an die Turbine abgeben. Resultieren strömt das nun weniger aufgewärmte Reaktor-Wasser wieder in den Reaktor-Kern. Da dort jedoch die Kettenreaktion fast aus ist, aufgrund der Wärmeausdehnung, findet fast keine Aufwärmung des Reaktor-Wassers statt. Somit wird dann auch fast keine Wärmeleistung abgegeben. Der Reaktor-Kern fängt sich also bei einer bestimmten Temperatur von selbst ab. Dieser Effekt wird durch den negativen Temperatur-Effekt ausgelöst,
welcher letzt und endlich von der Wärmeausdehnung z.B. der
Uran-Pellets und dem Reaktor-Kühlwasser ausgelöst wird. Der
Kernreaktor regelt sich also, in einem bestimmten Leistungsbereich,
völlig von selbst und ohne mechanisches/elektrisches Eingreifen des
Menschen.

Wird nun das Dampf-Ventil zur Turbine wieder etwas mehr geöffnet, kann das Reaktor-Wasser im Wärmetauscher wieder etwas abkühlen. Das nun kältere rückströmende Reaktorwasser kühlt den Reaktor-Kern
wieder etwas ab und die Wärme-Ausdehnung geht wieder zurück. Das
führt nun zu einem Zunehmen der Spaltungs-Kettenreaktion, welches
dann das Reaktor-Wasser wieder stärker aufwärmt. Wir sind wieder
bei 1. .... und so weiter. Diese Betrachtung gilt natürlich
nur, wenn die Steuerstäbe und andere aktive Regeleinrichtungen der
Reaktors konstant bleiben.

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