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1, Grundprinzip des Spaltungsprozesses Folie 1
Spaltung eines Brennstoffes (Uran, U-235)
Beschuß mit Neutronen (Anlauf mit einer Neutronenquelle, Folie 1u.
z.B. mit Alphateilchen beschossenes Beryllium)
es entsteht unbeständiges U-236
zerplatzt in Krypton (36 P, 59N) und Barium (56P, 88N)
2 Neutronen, Kettenreaktion
und Wärmeenergie Folie Defekt
auch Jod, Brom, Zirkonium, Molybdän, Caesium, Rubidium, Tellur,
Strontium, Xenon
Wärmenergie wird umgewandelt in Elektrizität
2. Spaltungsprozeß im Reaktor Folie Brennstoffkreislauf
Uran wird als Erz abgebaut (USA, Frankreich)
natürliches Uran enthält:
U-238 (99,27%), U-235 (0,711%), U-234 (0,0054%)
U-238 hemmend bei Spaltung
nimmt Neutron auf ohne große Energiemengen freizusetzen
U-235 dagegen sehr geeignet
Vergleich: Feuer mit Naßen und trockenen Holz
Trennung, absondern U-238, auch Anreicherung genannt:
- Umwandlung des Erzes in Uranhexfluorid UF6 Folie Trennung
- Trennung durch Diffusionsverfahren, poröse Wand (Europa)
Zentrifuge (USA)
Trenndüse
- technisch und finanziell aufwendig
Umwandlung in Urandioxid oder Urancarbid,
Herstellung von Brennstäben,
mehrere Brennstäbe dann zu Brennelementen
diese Form kommt dann in den Reaktor
im Reaktor findet Spaltungsprozeß statt Folie 2
Moderator: bremst die Neutronen - thermische Neutronen
nur die thermischen können eingefangen werden + spalten
viele Stoffe können bremsen
sie dürfen Neutronen aber nicht aufnehmen
Stoffe: Kohlenstoff,Beryllium, Wasser (schweres)
bei Wasser ist gefahr der Anlagerung
Brennstäbe werden mit Moderator umgeben (Urancarbid)
Regelstäbe: fangen Neutronen ein, Kontrolle der Reaktion,
sonst unkontrolliert - Atombombe
Stoffe: Kadmium, Bor, Hafnium
Reaktor: Vorgang der Spaltung
Zustände: kritisch: konstante Reaktionen, konstante Zahl reagierender Neutronen
überkritisch: steigende Neutronenzahl
Regelstäbe zur Kontrolle
3. Technischer Aufbau eines Kernkraftwerkes
Heizkessel wird durch Reaktor ersetzt
Wärmeübertragung entweder direkt, oder mit Zwischenkühlmittel
enorme Leistung: 1kg U-235 ermöglicht Stromversorgung einer
100.000 Einwohner Staat für einen Tag
Strahlenabschirmung: Alpha-, Beta- Strahlung durch wenige mm absor bierendes Material
Gamma-Strahlung durvch dicke (einige Meter)
Wände aus Beton, Stahl und Blei
Neutronen zunächst bremsen, dann absorbieren
(Lithium, Bor)
4. Reaktortypen
Druckwasserreaktor
Erläuterung anhand der Folie
Siedewasserreaktor
effektiver,
technisch einfacher, billiger
Verseuchung des Kühlwassers und Turbinen
Schnellebrüter Folie
SNR, Schneller-Natrium-Reaktor
Brennstoff U-235, U-238 Gemisch
betreib mit schnellen Neutronen - 5x Wärme
Start mit U-235, wobei dann Plutonium erbrütet wird
Gewinnung von besseren Brennstoffen
Brutprozeß Folie Brut
U-238 wird in einen Reaktor gebracht
und mit Neutronen ausgekocht
U-238 nimmt Neutron auf - U-239
ein Neutron wird zum Proton - Neptonium-239 + Elektron
\" \" - Plutonium-239 + Elektron
Plutonium ist erbrütet
genauso U-233 aus Thorium-232
Hochtemperaturreaktor, 900 Grad für hohe Temperaturen
THTR Thorium-Hochtemperaturreaktor
kugelförmiger Brennstoff: Th-232, U-235 Gemisch
Start mit U-235, dann mit selbstproduziertem U-233
Gewinnung von Rohstoffen: Folie
direkte Energiespeisung, z.B. Atom-U-Boot (sehr große Masse)
Herstellung radioaktiver Isotope
Wiederaufbereitungsanlange: Rückgewinnung von Uran und Plutonium
aus verbrauchten Brennstäben
Trennung von Spaltprodukten (ferngest.)
5. Probleme
Veränderung der Werkstoffe durch den Einfluß der Strahlung
Festigkeit größer, aber sehr spröde
versch. Stahlformen untersch. - Mischung
Strahlenschutz, ständige Messungen
Abfallwärme, umkippen von Gewässern
radioaktive Abfälle, Atommüll
1. warten, bei kurzlebigen Stoffen
2. Endlagerung in Salzbergwerken, Bauwerken
3. Abgabe an die Umwelt inerhalb zulässiger Grenzen
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