Kernreaktor

Kernreaktor

Ein Kernreaktor ist eine Einrichtung, die Kernreaktionen in der Kette initiieren, steuern und aufrechterhalten kann, die im Kern dieser Anlage auftreten.

Die Zusammensetzung des Kernreaktors besteht aus dem Kernbrennstoff, den Kältemittel, den Steuerelementen, den Baumaterialien und den Abfällen.

Um einen Kernreaktor zu bauen, muss man genügend Kernbrennstoff haben. Genügend kritische Masse bedeutet, dass für jedes spaltbare Material eine optimale Kettenreaktion der Kernspaltung aufrechtzuerhalten ist.

Die Anordnung von Neutronenabsorptionsmitteln und Steuerstäben ermöglicht die Steuerung der Kettenreaktion sowie das Herunterfahren und Starten des Kernreaktors.

Im Reaktorkern wird die Kernkettenreaktion hergestellt und aufrechterhalten, um das Wasser zu erhöhenmen.

Der erste Atomreaker in der Geschichte der Kernenergie wurde am 2. Dezember 1942 vom Nobelpreis für Physik Enrico Fermi unter den Tribünen des Rugbyfeldes an der Universität von Chicago an die Universität von Chicago gestellt. Es handelt sich um eine Pilotanlage für Reaktoren, die zur Herstellung eines Plutoniums für die Atombombe des Manhattan-Projekts des Zweiten Weltkriegs bestimmt waren.

Klassifizierung von Kernreaktoren

Kernreaktoren können klassifiziert werden als:

  • Thermische Kernreaktoren.
  • Schnelle Atomreaktoren.

Neutronen verlangsamen (moderieren) oder den Anteil der spaltbaren Atome erhöhen. Um die Neutronen genannt, zu verlangsamen, brauchen Sie einen Nuklearmoderator, aus leichtem Wasser, schwerem Wasser oder Graphit können.

Die schnellen Kernreaktoren sind also nicht die Geschwindigkeit der Elektronen abschwächen und schnelle Neutronen verwenden müssen. Ein schneller Kernreaktor benötigt keinen Neutronenmoderator, er muss jedoch einen Kernbrennstoff verwenden, der relativ reich an spaltbarem Material ist.

Kernkomponenten des Kernreaktors

Ein Kernreaktor besteht aus folgenden Komponenten:

Kernbrennstoff

Kernbrennstoff.  UrantablettenKernbrennstoff ist ein Material, das genug spalten kann, um die kritische Masse zu erreichen. Ist so platziert, dass die durch diese verkettete Kernreaktion erzeugte Wärmeenergie schnell gelangen kann.

Kernkraftwerke verwenden feste Kernbrennstoffe. Kernbrennstoffe variieren je nach Reaktortyp, wird jedoch Uran-Derivate eingesetzt.

Im Allgemeinen besteht ein Brennelement aus einer viereckigen Anordnung der Brennstäbe. Der russische VVER-Druckwasserreaktor besteht zwar aus einer sechseckigen Anordnung.

Die Führungsrohre sind an den Brennstoffstützgittern befestigt, auf diese Weise ist möglich.

Der mechanische Aufbau der verschiedenen Brennelemente ist identisch. Einige enthalten Strahlen von Kontrollstäben und anderen enthalten Verbrauchsgifte oder Neutronenquellen.

Kernbrennstäbe

Kernbrennstäbe

Sie sind der physische Ort, an dem der Kernbrennstoff gebunden ist. Einige Brennstäbe enthalten mit Aluminium vermischtes Uran in Form von hohen Blechen, die einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht die Zirkulation von Flüssigkeit, um die erzeugte Wärme abzuleiten.

Die Platten befinden sich in einer Art Box, die als Unterstützung dient.

Kern des Reaktors

Es ist aus den Brennstäben. Der Reaktorkern hat eine charakteristische geometrische Form. Der Kern wird durch eine Flüssigkeit gekühlt.

In einigen Kernreaktoren befindet sich der Kern in einem Wasserbecken in einer Tiefe von 10 a oder in einem Druckbehälter aus Stahl.

Steuerstangen

Die Steuerstabbündel bieten ein schnelles Mittel zur Steuerung der Kettenreaktion der Kernspaltung. Sie ermöglichen einen schnellen Wechsel der Reaktorleistung und deren eventuelle Unterbrechung im Notfall. Die Steuerstäbe bestehen aus Neutronen absorbierenden Materialien (ua Borcarbid oder Silberlegierungen, Indium und Cadmium) und haben in der Regel die gleichen Elemente wie die Brennelemente. Die Reaktivität des Kerns steigt oder fällt durch Anheben oder Absenken der Kontrollstäbe, dh durch Modifizieren des Vorhandenseins von Neutronen.

Damit kann ein Kernreaktor für eine gewisse Zeit arbeiten, der bei frischem Brennstoff maximal ist und der Lebensdauer des Reaktors abnimmt. In diesem Moment wird der Kernbrennstoff wieder aufgeladen.

Atomreaktor

Im Normalbetrieb werden die Steuerstäbe eines Kernreaktors herausgezogen. Kernkraftwerke sind so ausgelegt, dass sie bei einem Ausfall eines Sicherheits- oder Reaktorsteuerungssystems immer im Blickpunkt stehen, die alle Steuerstäbe in den Reaktorkern einführen. Dadurch wird der Kernreaktor in wenigen Sekunden sicher angehalten.

Nuklearmoderator

Die Neutronen, die aus einer Kernspaltungsreaktion resultieren, haben eine hohe Energiekinetik (sie erreichen eine hohe Geschwindigkeit). Je höher Ihre Geschwindigkeit ist, desto niedriger ist die Wahrscheinlichkeit. Daher sollten Sie diese Geschwindigkeit reduzieren, um neue Kettenreaktionen zu fördern.

Die Reduktion der kinetischen Energie der Neutronen wird durch elastische Größe der Kernen des als Moderator wirkenden Elements erreicht.

Unter den am meisten benutzten Moderatoren sind Leichtwasser, Schwerwasser und Graphit.

Kältemittel

Um die durch die Kernspaltungsreaktionen freigesetzte Wärmeenergie zu nutzen, wird ein Kältemittel verwendet. Die Funktion des Kältemittels besteht darin, die Wärmeenergie aufzunehmen und zu transportieren. Das Kühlmittel muss korrosionsbeständig sein und darf keine Neutronen absorbieren.

Die häufigsten Kältemittel sind Kohlendioxid und Helium sowie leichtes Wasser und schweres Wasser. Es sind einige organische Verbindungen und flüssige Metalle, die für diese Funktion verwendet werden.

Reflektor

Bei einer nuklearen Kettenreaktion ist eine bestimmte Anzahl von Neutronen dazu, aus der Region zu entweichen, in der sie auftritt. Dieses Neutronenleck kann durch das Vorhandensein eines Reflektormittels, minimiert werden. Auf diese Weise wird die Effizienz des Kernreaktors erhöht. Der Reflektor bedeutet, dass der Kern den Kern umgibt, um die Anzahl der Neutronen zu reduzieren und so viele wie möglich zu reflektieren.

Die Wahl des Reflektormaterials hängt von der Art des Kernreaktors ab. Wenn wir einen thermischen Reaktor haben, kann der Reflektor der Kernmoderator sein, müssen wir einen schnellen Kernreaktor haben, der seine Atommasse haben muss.

Rüstung

Wenn der Reaktor in Betrieb ist, wird eine große Strahlungsmenge erzeugt. Es ist ein Schutz erforderlich, um Arbeiter vor der Installation zu schützen.

Daher wird ein biologischer Schutzschild um den Reaktor angebracht, um diese radioaktiven Emissionen abzufangen.

Die am häufigsten verwendeten Materialien zum Bau dieser Betonung sind Beton, Wasser und Blei.

Verwendung von Kernreaktoren

Die Technologie der Kernreaktoren begann sich für kriegerische Zwecke zu entwickeln, insbesondere für die Erzeugung von elektrischem Strom.

In den letzten Jahren aufgrund der Nachhaltigkeitsprobleme fossiler Brennstoffe in Wärmekraftwerken und der Unabhängigkeit, wie sie in Bezug auf erneuerbare Energien aussehen; Das Interesse an Kernspaltungsreaktoren ist zunächst gewachsen und dann an Kernfusionsreaktoren, um elektrische Energie zu gewinnen.

Der Nachteil ist, dass die Forschung zur Kernfusion sehr teuer ist, die keine unmittelbaren Ergebnisse liefern. Daher haben die Projekte internationalen Charakter (wie das ITER-Projekt). . Die verfügbaren gewähren sind nicht mit denen für militärische Ermittlungen identisch.

Die Anwendungen von Kernspaltungsreaktoren sind grundsätzlich in folgenden Bereichen enthalten:

  • Erzeugung von Wärme (Wärmeenergie), direkt oder zur Erzeugung von Dampf aus Wasser verwendet wird. Der erzeugte Wasserdampf wird erhalten, um aus Meerwasser zu kommen (Entsalzung), um Wasserstoff durch Hochtemperaturelektrolyse usw. zu erzeugen. Die mechanische Arbeit kann direkt oder zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Generator ( Kernkraftwerk) genutzt werden. 
  • Schiffsantrieb von Eisbrecherschiffen, Militärflugzeugträgern usw. Es wird auch untersucht, sie für den Raketenantrieb zu verwenden.
  • Herstellung von Plutonium, wie für Atombomben oder nicht, wie MOX-Brennstoff, hergestellt mit Plutoniumoxiden und abgereichertem Uran, und in einigen PWR-Reaktoren verwendet werden kann. Im letzten Fall ist das Konzept im Prinzip das Inverse. In den 90er Jahren beginnen die radioaktiven Atommüll aus anderen Atomkraftwerken als Kernbrennstoff, die sich als Plutonium erweisen (der MOX um etwa 7%) und "verarmtes" Uran (MOX ca. 93%) aus dem Urananreicherungsprozess .
  • Herstellung von radioaktiven Isotopen, in der Medizin (Cobalt-60), in der Forschung usw. verwendet werden
  • Produktion von Freien Neutronen, die in Forschung und Medizin verwendet werden.
  • Herstellung von Neutronenbomben für militärische Zwecke.

Der Bau großer Reaktoren erfordert immer mehr Zeit und Geld als ursprünglich erwartet.

Die Kernfusionsreaktoren befinden sich alle in der Forschungs- und Entwicklungsphase. Eine der wichtigsten, die von ihnen erwartet wird, ist die Stromerzeugung.

Kernfusionsreaktor

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Referenzen

Geändert am: 24. Dezember 2018