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Kernenergie Grundlagen: Kernspaltung, Reaktortechnik Reaktortypen Transmutation: Lösung des Problems des nuklearen Abfalls?

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Präsentation zum Thema: "Kernenergie Grundlagen: Kernspaltung, Reaktortechnik Reaktortypen Transmutation: Lösung des Problems des nuklearen Abfalls?"—  Präsentation transkript:

1 Kernenergie Grundlagen: Kernspaltung, Reaktortechnik Reaktortypen Transmutation: Lösung des Problems des nuklearen Abfalls?

2 Beispiel für die Spaltung von 235 Uran

3 Spaltfragment-Verteilung von 235 Uran

4 Brüten Kerne mit ungerader Neutronenzahl sind durch thermische Neutronen spaltbar Kerne mit gerader Neutronenzahl sind durch thermische Neutronen brütbar Spaltung von 235 U Reaktionen von Uran mit thermischen Neutronen

5 Bilanz der Reaktionsprodukte 235U: Brennstoff (Vorräte für 200 Jahre) Spaltprodukte: IsotopLebensdauer900 MW, 1 Jahr 79 Se70000 Jahre0,1 kg 93 Zr1,5 Millionen Jahre15,5kg 99 Tc Jahre17,7 kg 107 Pd6,5 Millionen Jahre4,4 kg 126 Sn10000 Jahre0,44 kg 129 I15,7 Millionen Jahre3,9 kg 135 Cs2 Millionen Jahre7,7 kg 239 Pu: Brennstoff oder gefährlicher Abfall? IsotopLebensdauer900 MW, 1 Jahr 239 Pu24119 Jahre123,1 kg Andere erbrütete Aktiniden: Viele nicht spaltbar mit thermischen Neutronen

6 Neutronenzyklus im Kernreaktor

7 Neutronen-Reproduktionsfaktor: k = η ε p f (1-l f ) (1-l t ) k < 1 unterkritisch k = 1 kritisch k > 1 überkritisch

8 Leichtwasser-Reaktoren Brennmaterial angereichertes Uran: 2-3% 235 U, 97-98% 238 U Moderator und Kühlmittel: H 2 O Druckwasser-Reaktor: Wasser-Kreisläufe für Reaktorkern und Turbine durch Wärmetauscher getrennt Siedewasser-Reaktor: Gemeinsamer Kreislauf für Kern und Turbine

9 Schneller Brüter

10 Grafitmoderierter, gasgekühlter Reaktor

11 Linkes Bild: Leistung der β- und γ-Strahlung radioaktiver Spaltprodukte, die 1MW Reaktor in einer Sekunde Betrieb erzeugt hat (3.1 x Kernspaltungen/s). Ein Leistungsreaktor liefert 1000 MW. Rechtes Bild: Zeitlicher Verlauf der durch radioaktive Zerfälle erzeugten Nachwärme eines 1 MW Reaktors, der 8 Stunden in Betrieb war. Nachwärme durch radioaktive Spaltprodukte

12 Nachwärme durch radioaktive Spaltprodukte und Aktiniden Wärmeleistung, erzeugt durch die Zerfälle radioaktiver Spaltprodukte und Aktiniden nach Abschalten eines 1000 MW Reaktors, der einen Monat lang in Betrieb war. (B.L. Cohen, Rev. Mod. Phys. 49 (1977) 1)

13 Spallationsneutronen: 1 GeV Protonenstrahl erzeugt in neutronenreichem Targetmaterial schnelle Neutronen, die Aktiniden spalten: sehr hoher Energieverbrauch Hybridreaktor: Ein unterkritischer Reaktor mit zusätzlichen Neutronen, erzeugt durch 1 GeV Protonenstrahl Transmutation radioaktiver Abfälle

14 Projektstudie Transmutation von Aktiniden durch Spallationsneutronen erzeugt durch 1 GeV Protonen

15 Der beschleunigergetriebene Hybrid-Reaktor Prinzip: unterkritischer Reaktor, steuerbar durch Spallationsneutronen, Erzeugt durch 1 GeV Protonen aus Beschleuniger Vorteile: Möglicher Brennstoff 232 Th 233 U Vorrat an 232 Th reicht für Jahre Verbrennt nuklearen Abfall Inhärente Sicherheit: keine Kettenreaktion ohne Strahl Probleme: Materialschäden Produktion radioaktiver Kerne durch Spallation Betrieb von Wiederaufbereitungsanlagen

16

17 Grundlagenforschung an der GSI Präzisionsmessungen der Isotopenausbeuten in Reaktionen zwischen Protonen und schweren Kernen (Au, Pb, Th, U)

18 B - E - B Separation Method

19 Isotopenausbeute der inversen Reaktion 1 A GeV 238 U + 1 H

20 Spaltfragmentverteilung für Z = Messung am Fragmentseparator (FRS) der GSI


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