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Einschub zur Erinnerung: Grundlagen Kernphysik und Kernenergie 3ab. 1 Globale Eigenschaften der Kerne.2 Kernspaltung.3 Reaktordynamik.4 Reaktortypen: Druckwasser-Reaktor.

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1 Einschub zur Erinnerung: Grundlagen Kernphysik und Kernenergie 3ab. 1 Globale Eigenschaften der Kerne.2 Kernspaltung.3 Reaktordynamik.4 Reaktortypen: Druckwasser-Reaktor und andere.5 Brennstoffkreislauf bzw. Abfall 3ab.

2 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 Was ist Kernkraft 3b.1

3 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall Nukleon.

4 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 Was ist Kernkraft 3b.2

5 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall

6 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

7 Spaltquerschnitt der Atomkerne 235 U und 238 U gegenüber Neutronen in Abhängigkeit von der Neutronenenergie Quelle:Hänsel-Neumann: Physik-Bd 3: Atome-Atomkerne-Elementarteilchen, Spektrum Verlag 1995, ISBN= , Abb.12.20,p.451 Spaltquerschnitt von 235 U und von 238 U 238 U b..= barn

8 Neutronenbilanz in einem Reaktor Quelle:Halliday e.a.: Physik, Wiley,Weinheim, ISBN , p. 1299, Abb.44-4 Start:

9 Also: Neutronenbilanz in einem Reaktor: Start: Eine Generation aus 1000 Neutronen trifft auf den 235 U-Brennstoff innerhalb der 238 U-Matrix und den Moderator. Durch Kernspaltung entstehen 1370 Neutronen, 370 davon entweichen oder werden eingefangen, ohne dass es zu einer Spaltung kommt. Es verbleiben von dieser Generation wieder 1000 thermische Neutronen für die Folgegeneration. Die Abbildung gilt für einen mit konstanter Leistung arbeitenden Reaktor. Quelle:Halliday e.a.: Physik, Wiley,Weinheim, ISBN , p. 1299, Abb.44-4

10 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

11 .3

12 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

13

14 Kernreaktoren.4

15 Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= ,Bild 5.1,p.237 Schematischer Aufbau eines Leichtwasserreaktors (LWR).41 Leichtwasser I Wärmeerzeugung I

16 Quelle:Halliday e.a.: Physik, Wiley,Weinheim, ISBN , p. 1300, Abb.44-5 Dampfkraftwerk mit Druckwasser-Reaktor.411Druckwasser nur rund 600 K und 150 bar I- Wärmeerzeugung-I

17 Quelle:Paul A. Tipler.: Physik, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg,2000, ISBN , p. 1409, Abb Druckwasser-Reaktor Das Wasser im Primärkreislauf dient sowohl als Moderator als auch als Kühlmittel

18 Schematischer Aufbau eines Druckwasser-Reaktors (DWR), etwas erweitert Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= ,Bild 5.2,p.239

19 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie DWR SWR Beim SWR wird im Core direkt Dampf für die Turbine erzeugt

20 Weitere Reaktortypen.42

21 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

22 Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , Abb. 9.9,p.259 HTR-Reaktor (Schema) : Kugelhaufen-Reaktor He wird auf °C aufgeheizt! daher Hochtemperatur Brennstoffkern < 1mm Durchmesser Brennelement 60 mm - Kugel.421

23 Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , p.259, und /Heinloth 2003, p. 244 ff./ Bemerkungen: Reaktor = Silo, das eine Schüttung von tennisbalgroßen Kugeln mit Graphitmantel besitzt [im Reaktor Hamm-Uentrop waren es Kugeln ] Jede Kugel enthielt kleine Brennstoffkerne mit Durchmesser = ca. 0,2 mm aus hochangereichertem U-235 und Th-232 (als Brutstoff ) und besaß einen Graphitmantel Das Brennelement, also die 60 mm – Kugel, war so fest, dass sie Spaltprodukte endlagerfähig umschließen sollte. Die Beschickung erfolgte kontinuierlich Als Kühlmittel wird He von 250°C auf °C aufgeheizt! daher Hochtemperatur –Reaktor Hoher elektrischer Wirkungsgrad! Inhärent sicherer Betrieb ist möglich, sofern die Auslegung –je nach Aufbau- bau – auf MWel eschränkt bleibt.

24 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

25 Schneller Brutreaktor: Schnitt durch den Kern.422 Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , Abb. 9.10, p.261

26 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall Aus U-238 wird letztendlich Pu-239 erbrütet:

27 UrQuelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , p.261ff, und /Heinloth 2003, p. Bemerkungen zum Schnellen Brüter: Hohe Leistungsdichte (z.B. 375 MW/m 3 ) erfordert spezielles Kühlmittel Flüssiges Na, mit Wärmeleitfähigkeit = 62 W/(m*K) bei 600 °C vgl. H2O: lambda = 0,6 W/(m*K) (bei 80°) Anteil der verzögerten Neutronen ist nur ½ so groß wie beim LWR Daher: kurze Reaktionszeiten für Steuerstäbe: sec (beim LWR: 2.5 sec) hoher apparativer und sicherheitstechnischer Aufwand Die urprünglich unterstellte Verknappung des Rohstoffes Uran wird nicht mehr so kritisch wahrgenommen. Daher weniger Beharrlichkeit. u.U. Proliferationsproblem durch Abzweigen von erbrütetem Pu Bilanz: Prototyp Kalkar wurde aufgegeben Superphénix 1995 nach Brand stillgelegt. (zu Forschungszwecken genutzt) in Indien wurde Baustelle 2004 vom Tsunami überflutet

28 Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= ,Tabelle 5.2,p.238, (redaktionell bearbeitet) therm. Übersicht verschiedener Raktortypen: Reaktor - Typ inhärent sicher LeichtWasser ____________ Typ Tschernobyl inhärent sicher Canada _____________ _ nur noch im UK ____________.423

29 Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= ,Tabelle 5.3,p.240

30 .5 Brennstoff(kreis)lauf - Wiederaufarbeitung radioaktiver Abfall Endlagerung

31 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie.5 Für DWR, 1 GW el, und 1 Jahr:

32 Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= , p.235, Verfahren zur Anreicherung von U-235: Energie und Kostenaufwand

33 In der Entwicklung : Trenndüsenverfahren (Schema) Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , p.253. Aber noch zu hoher Energieaufwand

34 Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN= , p.236,

35 .5 radioaktiver Abfall Endlagerung

36 Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN= , p.231.

37 Quelle: MIT-ocw22.39_Golay_Vorlesung_10 CriticalSafetyFunctions, Adresse siehe linke Randleiste

38 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

39 Quelle:Halliday e.a.: Physik, Wiley,Weinheim, ISBN , p. 1301, Abb.44-6 Die vom radioaktivem Abfall, wie er im Verlauf eines Jahrs in einem typischen Kernkraftwerk anfällt, freigesetzte thermische Energie als Funktion der Zeit. Die Kurve ist die Summe der Beiträge einer großen Anzahl von Radionukliden mit einer ebenso großen Streuung der Halbwertszeiten. Man beachte, dass beide Skalen logarithmisch sind.

40 Quelle: Der Spiegel, 2005, Heft 17, p.22 Ein tendenziöses Zwischenbild als Tagtraum.

41

42 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall

43 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

44 Reste

45 U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie

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