Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Kernreaktorkühlmittel

Kernreaktorkühlmittel

Ein Kältemittel in einem Kernreaktor ist eine flüssige oder gasförmige Substanz, die durch den Reaktorkern strömt und der Kernspaltungsreaktion Wärme entzieht.

In den Zweikreisreaktoren tritt das Reaktorkühlmittel in den Dampferzeuger ein, der Dampf erzeugt, der die Turbinen antreibt, und in den Einkreisreaktoren kann das Kältemittel (Dampf oder Gas) als Arbeitsfluid des Kreislaufs dienen der Turbine. In der Forschung (zum Beispiel der Materialwissenschaft) und in speziellen Reaktoren (zum Beispiel in Reaktoren zur Ansammlung radioaktiver Isotope) kühlt das Kältemittel nur den Reaktor, die entstehende Wärme wird nicht verwendet.

Die folgenden Anforderungen gelten für Wärmekältemittel:

  • Schwache Absorption von Neutronen (in thermischen Reaktoren) oder Abschwächung (in schnellen Reaktoren).
  • Chemische Beständigkeit bei intensiver Strahlenbelastung.
  • Geringe Korrosivität in Bezug auf die Baumaterialien, mit denen das Kältemittel in Kontakt steht.
  • Hoher Wärmeübergangskoeffizient
  • Hohe spezifische Wärme.
  • Niedriger Arbeitsdruck bei hohen Temperaturen.

Thermische Neutronenreaktoren verwenden Wasser (normal und schwer), Wasserdampf, organische Flüssigkeiten und Kohlendioxid als Kältemittel. In schnellen Kernreaktoren: flüssige Metalle (hauptsächlich Natrium) und auch Gase (beispielsweise Wasserdampf, Helium). Häufig dient die Flüssigkeit als Kühlmittel, das auch als Moderator dient.

Eigenschaften von Kältemitteln

Leichtes Wasser

Einer der häufigsten Wärmeträger ist Wasser. Natürliches Wasser enthält einen geringen Anteil an schwerem Wasser (0,017%), verschiedene Verunreinigungen und gelöste Gase. Das Vorhandensein von Verunreinigungen und Gasen macht das Wasser chemisch mit Metallen aktiv. Daher wird vor der Verwendung als Wärmeträger das Wasser durch Destillation von den Verunreinigungen gereinigt und entlüftet, dh die Gase werden aus dem Wasser entfernt.

Im ersten Kreislauf zirkuliert radioaktives Wasser. Die Hauptquelle der Radioaktivität in Wasser sind Verunreinigungen, deren Auftreten im Wasser auf die Korrosion der Knoten des Primärkreislaufs und die technologische Kontamination durch spaltbare Substanzen an der Außenfläche der Brennelemente zurückzuführen ist. Die Konzentration der radioaktiven Verunreinigungen im Wasser wird durch Filtration reduziert.

Die Nachteile von Wasser als Kühlmittel sind der niedrige Siedepunkt (100 ° C bei einem Druck von 1 atm) und die Absorption thermischer Neutronen. Der erste Nachteil wird beseitigt, indem der Druck im Primärkreislauf erhöht wird. Die Absorption thermischer Neutronen durch Wasser wird durch den Einsatz von Kernbrennstoff auf Basis von angereichertem Uran kompensiert.

Schweres wasser

Schweres Wasser unterscheidet sich in seinen chemischen und thermischen Eigenschaften kaum vom gewöhnlichen Wasser. Es nimmt praktisch keine Neutronen auf, was die Verwendung von Natururan als Kernbrennstoff in Kernreaktoren mit schwerem Wassermoderator ermöglicht.

Bei der Konstruktion des Reaktors wird jedoch wegen seiner hohen Kosten immer noch schweres Wasser verwendet.

Flüssige Metalle

Von den metallischen Kühlmitteln ist Natrium am meisten entwickelt. Dieses Kältemittel ist bei den meisten Metallen bei relativ niedriger Temperatur chemisch aktiv, und diese Natriumaktivität ist auf die Mischung von Natriumoxiden zurückzuführen. Daher wird das Natrium vollständig von den Oxiden gereinigt, worauf es mit vielen Metallen (Mo, Zr, Edelstahl usw.) bei 600 bis 900 ° C nicht reagiert.

Organische Flüssigkeiten

Von den getesteten organischen Flüssigkeiten erwiesen sich einige der Polyphenyle, einschließlich Diphenyl und Triphenyl, als die stabilsten Bedingungen bei hohen Temperaturen und Strahlenbelastung. Trotz der Vorteile erwiesen sich diese Kühlmittel jedoch als zu instabil für die Neutronenbestrahlung, so dass diese Reaktoren nicht industriell eingesetzt wurden.

Gas

Das Hauptkältemittel des Gases ist Kohlendioxid. Es ist wirtschaftlich und zeichnet sich durch eine höhere Dichte und volumetrische Wärmekapazität als andere Gase aus. Die korrosive Wirkung von Kohlendioxid auf Metalle hängt vom Sauerstoffgehalt ab.

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Geändert am: 27. Dezember 2018

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