Arten von Kernreaktoren

Arten von Kernreaktoren

Kernreaktoren können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden. Eines der Kriterien ist der Zweck, für den sie verwendet werden. In dieser Hinsicht unterscheiden wir die Arten von Kernreaktoren, die für zivile Zwecke, für militärische Zwecke oder für Forschungszwecke verwendet werden.

Zivile Atomreaktoren nutzen die Kernenergie zur Stromerzeugung; Militärreaktoren erzeugen Materialien, die in Atomwaffen wie der Atombombe verwendet werden können; und Kernreaktoren für die Forschung, die zur Entwicklung von Waffen oder zur Energieerzeugungstechnologie verwendet werden, zu Entwicklungszwecken, für Experimente zur Kernphysik und zur Herstellung von Radioisotopen für Medizin und Forschung. Einige Reaktoren haben einen doppelten Zweck, da sie zur Herstellung von zivilem Energie- und Militärmaterial verwendet werden.

Forschungskernreaktoren verwenden Neutronen, die während Kernspaltungsreaktionen erzeugt werden, um Radioisotope zu erzeugen, die in anderen Anwendungen der Kernenergie wie der Nuklearmedizin verwendet werden, oder um Materialstudien durchzuführen.

Einstufung der Kernreaktortypen nach technischen Merkmalen.

Abhängig von den verwendeten Kriterien gibt es andere Klassifizierungen von Kernreaktortypen. Zu den häufigsten Kriterien gehören:

Je nach verwendetem Kernbrennstoff finden wir die Natururan- Kernreaktoren und die angereicherten Urankernreaktoren. Der Kernbrennstoff von Natururan enthält den gleichen Anteil an Uran, der in der Natur vorkommt, während im angereicherten Uranbrennstoff dieser Anteil künstlich erhöht wird. Andere Reaktoren verwenden Mischoxide von Uran und Plutonium.

Nach der Geschwindigkeit der Neutronen, das heißt ihrer kinetischen Energie, die in den Kernreaktionen der Spaltung entsteht: Die schnellen Reaktoren und die thermischen Reaktoren werden unterschieden.

Je nach verwendetem Moderator kann es sich um Kernreaktoren von schwerem Wasser, leichtem Wasser oder Graphit handeln.

Entsprechend dem Material, das als Kühlmittel verwendet wird: Die häufigsten Materialien sind Gas (Helium oder Kohlendioxid) oder Wasser (leicht oder schwer). Manchmal wirken diese Materialien gleichzeitig auch als Neutronenmoderator. Als Kühlmittel können Sie auch Wasserdampf, geschmolzene Salze, Luft oder flüssige Metalle verwenden.

Kernreaktoren können auch durch die Art der Kernreaktion unterschieden werden. Kernenergie kann auf zwei Arten gewonnen werden: durch Kernspaltungsreaktionen oder durch Kernfusionsreaktionen. In jedem Fall handelt es sich derzeit bei allen in der Produktion befindlichen Kernreaktoren um Kernspaltungsreaktoren. Der Kernfusionsreaktor befindet sich in der Entwicklungsphase. In dieser Linie existiert das Projekt ITER, ein Fusionskernreaktor in Frankreich für Forschungs- und Entwicklungszwecke dieser Art von Kernenergietechnologie.

Kernkraftreaktoren

Kernkraftreaktoren basieren auf der Nutzung thermischer Energie, die in Kernspaltungsreaktionen erzeugt wird. Die wichtigste und bekannteste Anwendung dieses Reaktortyps ist die Erzeugung von Elektrizität in Kernkraftwerken. Diese Reaktoren werden jedoch auch zur Entsalzung von Meerwasser, zum Heizen oder für Antriebssysteme eingesetzt.

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von Kernkraftwerken hängen von der Funktionsweise des Kernreaktors ab, mit der er Strom erzeugt.

Alle Kernkraftwerke nutzen einen oder mehrere Kernreaktoren zur Wärmeerzeugung. Diese Wärme in Form von Wärmeenergie wird dazu verwendet, durch bestimmte thermodynamische Prozesse Dampf zu erzeugen und schließlich eine Turbine zu betreiben. Das Merkmal, das ein Kernkraftwerk von einem anderen unterscheidet, hängt von der Funktionsweise des Kernreaktors ab. Aus den verschiedenen Betriebsarten der Reaktoren wurde eine neue Klassifizierung der Kernreaktortypen vorgenommen.

Druckwasserreaktor (PWR)

Nuklearer Druckwasserreaktor.  Art des Reaktors

Der Druckwasserreaktor (unter dem Akronym im Englischen PWR bekannt) ist neben dem Siedewasserreaktor (BWR) der meistgenutzte Kernreaktor der Welt. Dieser Reaktor wurde hauptsächlich in den USA, in Deutschland, Frankreich und Japan entwickelt.

Der verwendete Kernbrennstoff ist mit Oxid angereichertes Uran.

Der Moderator und das verwendete Kühlmittel können Wasser oder Graphit sein.

Die vom Reaktorkern erzeugte Wärmeenergie wird durch das unter hohem Druck zirkulierende Kühlwasser zu einem Wärmetauscher transportiert. Der Kernreaktor basiert auf dem Prinzip, dass Wasser, das hohen Drücken ausgesetzt ist, verdampfen kann, ohne den Siedepunkt zu erreichen, dh bei Temperaturen über 100 ° C. Im Wärmetauscher kühlt und kondensiert der Dampf und kehrt in flüssigem Zustand zum Reaktor zurück.

Beim Austausch erfolgt eine thermodynamische Wärmeübertragung an einen sekundären Wasserkreislauf. Das Wasser im Sekundärkreislauf wird aufgrund der im Wärmetauscher aufgenommenen Wärmeenergie in Hochdruckdampf umgewandelt. Der Dampf wird in eine Turbine eingeleitet, um diese Energie in mechanische Energie umzuwandeln und einen elektrischen Generator anzutreiben.

Siedewasserreaktor (BWR)

Der Siedewasserreaktor (im Englischen BWR als Abkürzung bekannt) wird ebenfalls häufig verwendet. Technologisch wurde es hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, Schweden und der deutschen RF entwickelt.

In diesem Kernreaktortyp wird Wasser als Kühlmittel und Moderator verwendet.

Der verwendete Kernbrennstoff ist mit Oxid angereichertes Uran, da er die Erzeugung von Kernspaltung erleichtert.

Die durch Kernspaltungskettenreaktionen erzeugte Wärmeenergie wird zum Kochen des Wassers verwendet. Der erzeugte Dampf wird in eine Turbine eingeleitet, die einen elektrischen Generator antreibt. Der Dampf, der die Turbine verlässt, durchläuft einen Kondensator, in dem er wieder in flüssiges Wasser umgewandelt wird. Später kehrt es zum Kernreaktor zurück, der von einer geeigneten Pumpe angetrieben wird.

Reaktor von Natururan, Gas und Graphit (GCR)

Der Natururan-, Gas- und Graphitreaktor ist eine Art Kernreaktor, der natürliches Uran in Form von Metall als Kernbrennstoff verwendet. Der Kraftstoff wird in Rohre aus einer Magnesiumlegierung namens Magnox eingeführt.

Der verwendete Neutronenmoderator ist Graphit. Der thermische Kühler ist Gas, insbesondere Kohlendioxid.

Die Technologie dieses Kernreaktortyps wurde hauptsächlich in Frankreich und im Vereinigten Königreich entwickelt.

Fortschrittlicher Gasreaktor (AGR)

Der Advanced Gas Reactor (AGR) wurde in Großbritannien aus dem Kernreaktor aus natürlichem Uran-Graphit-Gas entwickelt.

Die wichtigsten Neuerungen bestehen darin, dass Kernbrennstoff in Form von angereichertem Uranoxid in Edelstahlrohre eingeführt wird und dass das aus Spannbeton gefertigte Schiff die Wärmetauscher enthält.

Hochtemperaturgasgekühlter Reaktor (HTGCR)

Der mit hoher Temperatur gekühlte Kernreaktor ist eine neue Entwicklung der gasgekühlten Kernreaktoren. Diese Art von Kernreaktor wird in der deutschen RF, im Vereinigten Königreich und in den Vereinigten Staaten entwickelt.

Die Unterschiede zum fortgeschrittenen Kerngasreaktor (AGR) sind hauptsächlich drei:

  • Helium wird durch Kohlendioxid als Kältemittel ersetzt,
  • Anstelle von metallischem Brennstoff wird keramischer Brennstoff verwendet
  • Die Temperaturen des Gases, mit dem es arbeitet, sind viel höher.

Schwerwasser-Kernreaktor (HWR)

Der Schwerwasser-Kernreaktor ist eine Art Kernreaktor, der hauptsächlich in Kanada entwickelt wurde.

Der Brennstoff, der zur Gewinnung von Kernenergie verwendet wird, ist natürliches Uran in Form von Oxid, das in legierte Zirkoniumröhren eingeführt wird.

Das Hauptmerkmal des Schwerwasserreaktors ist die Verwendung von Schwerwasser als Moderator und Kühlmittel.

In ihrer üblichsten Ausführung werden die Kernbrennstoffrohre in ein den Moderator enthaltendes Gefäß eingeführt. Das Kältemittel wird unter Druck gehalten, um seinen flüssigen Zustand aufrechtzuerhalten. Der Dampf wird in Wärmetauschern erzeugt, durch die leichtes Wasser zirkuliert.

Schneller Brüterreaktor (FBR)

Es gibt mehrere Ausführungen von FBR-Reaktoren, wobei Russisch und Französisch am weitesten fortgeschritten sind.

Das Hauptmerkmal von schnellen Reaktoren ist, dass sie keine Neutronenmoderatoren verwenden und daher die meisten Kernspaltungen von schnellen Neutronen erzeugt werden.

Der Kern dieses Kernreaktortyps besteht aus einer spaltbaren Zone, die von einer fruchtbaren Zone umgeben ist, in der natürliches Uran in Plutonium umgewandelt wird. Der Uran-233-Thorium-Zyklus kann ebenfalls verwendet werden.

Das Kältemittel ist flüssiges Natrium, Dampf wird in Wärmetauschern erzeugt. Sein Name "reproduktiv" ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich im fruchtbaren Bereich eine größere Menge an spaltbarem Material befindet als im Reaktor verbraucht wird, dh mehr neuer Brennstoff als der verbrauchte.

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Referenzen

Geändert am: 14. Februar 2019