Nutzung von Kernenergie

Nutzung von Kernenergie

LK Physik Gym. Weißenburg, 13/1, '94

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