Warum wird der Druckwasserreaktor mit Borsäure reguliert und was wird mit dieser Reaktionsgleichung gemeint?
Huhu!
ich bräuchte Hilfe bei dieser Bezeichnung: (10/5) Bor + (1/0)Neutron -> (7/3) Lithium + (4/2) He
Dabei handelt es sich um die beigesetzte Borsäure, um den Druckwasserreaktor zu regulieren. Dabei werden thermische Neutronen freigesetzt. Ich verstehe die Gleichung nicht so ganz, bzw die Zahlen in den Klammern :) Außerdem würde ich auch noch fragen wollen, welchen Einfluss Neutronen auf die Dichte des Wassers haben.
Wäre super nett, wenn jemand das mir beantworten könnte. Habe zwar alles was ich wissen muss, aber verstehen ist nochmal eine komplett andere Ebene.
Danke und noch einen schönen Abend euch! :)
4 Antworten
Kurz und knapp, damit der Brennelementabbrand des Uran-235 und die Leistungsverteilung über der Reaktorhöhe gleichmäßig ist.
Früher hat man auch DWR, wie auch beim Siedenwasserreaktor SWR, nur durch das Einfahren von Steuerstäben (bestehend aus Neutronen absorbierenden Stoffen wie z.B. Kadmium oder Bor) gesteuert. Das hatte jedoch den Nachteil, dass der Spaltstoff (z.B. Uran-235) in dem Bereich der eingefahrenen Steuerstäbe geringer verbraucht („abgebrannt“) wurde, als im
übrigen Teil des Reaktors. Somit ergab sich ein höchst ungleichmäßiger Spaltstoffabbrand und auch eine ungleichmäßige Wärmeleistungsverteilung.
Durch den Einsatz
des Bors im DWR in Form von Borsäure, welches sich homogen mit dem
Kühlwasser des Reaktors mischt und somit im gesamten Reaktorkern
gleich verteilt ist, ist eine homogene Spaltstoff und
Wärmeleistungsverteilung möglich. In der Praxis werden beim DWR die
Steuerstäbe nur noch für schnelle Reglungseingriffe
(Schnellabschaltung, kurzzeitige Leistungsreduzierung) in den
Reaktorkern eingefahren. In der meisten Zeit befinden sich die
Steuerstäbe jedoch außerhalb des DWR-Kerns (für DWR im
Grundlastbetrieb).
Durch den politisch
bevorzugten Einsatz der politisch „Erneuerbaren“ Energie müssen
auch die Kernkraftwerke mehr und mehr die Lastschwankungen
ausgleichen (Wind und Sonne schwanken sehr stark mit der Zeit),
sodass die KKW auch im Lastfolgebetrieb eingesetzt werden (wie z.B.
in Frankreich auch). Durch diese Betriebsart kommt es vermehrt zum
Ein- und Ausfahren der Steuerstäbe (Leistungsschwankungen in
Nachfrage der Konsumenten und Angebot der „Erneuerbaren“), sodass
praktisch die Abbrandverteilung im DWR-Kern wieder inhomogener ist,
als bei DWR im Grundlastbetrieb.
Was bedeuten die Zahlen?
(10/5) Bor steht für einen Borkern mit 10 Nukleonen von denen 5 Protonen sind, (7/3) Lithium steht für einen Lithiumkern mit 7 Nukleonen von denen 3
Protonen sind, (4/2) Heliu steht für einen Heliumkern mit 4
Nukleonen von denen 2 Protonen sind. Das Neutron hat keine Protonen
daher (1/0) Neutron. Diese Bezeichnung gibt eine kernphysikalische
Reaktionsgleichung für die Neutronenabsorption an Bor-10 an. Diese
Reaktion findet im borierten Kühlwasser der DWR statt.
Welchen Einfluss haben Neutronen auf die Dichte des Wassers?
Die Frage solltest Du umdrehen – Welchen Einfluss hat die Wasserdichte auf Neutronen?
Neutronen die durch dichtere Wasser (kälter) diffundieren werden
stärker moderiert (geben ihre kinetische Energie an die
Wasser-Molekühle ab) als Neutronen die durch weniger dichtes Wasser
(wärmer) diffundieren. Somit kann durch die Änderung der
Wassertemperatur (Wasser ist im DWR der Neutronenmoderator) die
Neutronenmoderation beeinflusst werden. Wird das Wasser zu warm,
nimmt die Wasserdichte und die Neutronenmoderation ab und damit sinkt
auch die Kernspaltung des Uran-235. Kühlt sich das Wasser ab nimmt
die Wasserdichte und damit auch die Moderation der Neutronen zu →
Kernspaltung des Uran-235 nimmt zu.
Bevor man Bor in DWR zur Homogenisierung des Spaltstoffabbrandes und zur Homogenisierung der Leistungsverteilung einsetzte, konnte ein DWR der
Stromnetz bedingten Lastschwankung schon durch diese
Wassertemperatur-Effekte folgen, ohne das Steuerstäbe ein- oder
ausgefahren werden mussten. Der DWR regelt sich durch diese
negativen Temperatureffekte quasi selbst. Durch den Einsatz des
Bors im Kühlwasser geht das nicht mehr so einfach, jedoch erhöht
eine homogene Leistungs- und Abbrandverteilung nicht nur den Profit
sondern auch die Sicherheit (weniger Hotspots und Leistungsgradienten
im Kern).
Das Bor absorbiert Neutronen von dem u-235. Das wir d beigemischt damit es keine Kettenreaktion wie in einer Atombombe gibt...
MFG
Am Uran ändert sich dadurch nichts. Die durch die Kernspaltung ausgesandten Neutronen werden durch das Wasser abgebremst und "moderiert" damit sie jeweils weitere Kernspaltungen erzeugen. Würde man das so laufen lassen wäre es eine unaufhaltsame Kettenreaktion (bei jeder Spaltung entstehen 2-3 neue,freie Neutronen) die sich ins Unendliche schrauben könnte (Atombombe).
Durch das borieren des Wassers (Moderator) werden freie Neutronen "abgefangen" und die Kernspaltung/Freisetzung neuer Neutronen ist somit regelbar. Wobei die meiste Regelung/Steuerung wohl durch das ein- oder ausfahren der Steuerstäbe erfolgt (die Steuerstäbe bestehen meist aus Borverbindungen und haben somit das gleiche Prinzip).
Wir haben etwas zu feiern, es ist traurigerweise das erste Mal, dass ich etwas in Physik verstanden habe. Dir noch einen schönen Abend un danke für deine Hilfe!
Kein Problem ;-)
Wobei wie gesagt normalerweise die Steuerung der Kernspaltung nicht über das borieren des Wassers gemacht wird. Warum? Was macht man wenn man die Kernspaltung wieder erhöhen will? Wieder mit Wasser verdünnen damit der Borgehalt weniger wird?! Wohl eher nicht, da sonst die Flüssigkeitsmenge im System so immer mehr werden würde und Flut- und Borsäurebehälter immer leerer :-D
Dafür sind ja die Steuerstäbe da. Das Bor wird hauptsächlich bereit gehalten um in einer Notsituation eine RESA (Reaktorschnellabschaltung) einzuleiten indem man den Moderator (also das Wasser im Reaktorkreislauf) mit Borsäure "vergiftet" damit alle freien Neutronen abgefangen werden und die Kernspaltung zum Stillstand kommt. Soetwas ist aber nur mit hohem Aufwand und kostspieligem Stillstand umkehrbar.
Bei der Beckenreinigung am Ende einer jährlichen Kernkraftwerksrevision wird übrigens sogar die Wassermenge die beim reinigen der Reaktorgrube benutzt werden darf vorgeschrieben und anhand einer Wasserzähleruhr eingestellt. Würde nämlich mehr Wasser als vorgeschrieben (wird ausgerechnet von Ingenieuren) zum abspritzen der Reaktorgrubenwände benutzt, würde sich dadurch ja das Verhältnis von Wasser zu Bor im System verändern.
@Lucky8Bastard: "Was macht man wenn man die Kernspaltung wieder erhöhen will? Wieder mit Wasser verdünnen damit der Borgehalt weniger wird?!" Genau das wir in einem DWR gemacht!
Bei DWR die im Grundlastbetrieb betrieben werden sind die Steuerstäbe fast nie im Kern. Die zeitlich kleinen und langsamen Leistungsschwankungen im Grundlast werden in einem DWR durch Veränderung der Bor-Konzentration (Verdünnen , Aufkonzentrienren) gesteuert. Die Steuerstäbe kommen nur bei schnellen Eingriffen (Schnellabschaltung, schnelle Leistungsreduzierung) und vielleicht noch für den Ausgleich des Xenon-Einflusses zum Einsatz.
Die zahlen in den Klammern bedeuten folgendes: ( Nukleonenzahl / Ordnungszahl )
Nukleonenzahl = Menge der Protonen & Neutonen im Kern
Ordnungszahl = Menge der Protonen im Kern
lg
In einem DWR ist der Kern ohne Bor im Wasser auch dann kritisch (also produziert Leistung) wenn alle Steuerstäbe eingefahren sind. Das liegt einfach daran, dass die Brennstäbe im DWR viel mehr Moderator ausgesetzt sind wie im SWR.
Und weil man aus dem DWR kein SWR Kochtopf machen möchte (nein auch ohne Bor explodiert da nichts) mischt man dem Wasser Borsäure bei. Bor absorbiert Neutronen aus der Kernspaltung und erlaubt so eine stabile Kettenreaktion ohne Dampf im RDB.
Okay danke. Das Uran sind die Stäbe im Primärkreislauf und das dadurch radioaktive Wasser wird mit Borsäure in Ber+hrung gebracht, richtig? Was verändert sich dann am Uran?