Kernenergie Grundlagen: Kernspaltung, Reaktortechnik Reaktortypen

Präsentation zum Thema: "Kernenergie Grundlagen: Kernspaltung, Reaktortechnik Reaktortypen"—  Präsentation transkript:

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

2 Beispiel für die Spaltung von 235Uran

3 Spaltfragment-Verteilung von 235Uran

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

5 Bilanz der Reaktionsprodukte
235U: Brennstoff (Vorräte für ≈ 200 Jahre) Spaltprodukte: Isotop Lebensdauer 900 MW, 1 Jahr 79Se 70000 Jahre 0,1 kg 93Zr 1,5 Millionen Jahre 15,5kg 99Tc Jahre 17,7 kg 107Pd 6,5 Millionen Jahre 4,4 kg 126Sn 10000 Jahre 0,44 kg 129I 15,7 Millionen Jahre 3,9 kg 135Cs 2 Millionen Jahre 7,7 kg 239Pu: Brennstoff oder gefährlicher Abfall? Isotop Lebensdauer 900 MW, 1 Jahr 239Pu 24119 Jahre 123,1 kg Andere erbrütete Aktiniden: Viele nicht spaltbar mit thermischen Neutronen

6 Neutronenzyklus im Kernreaktor

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

8 Leichtwasser-Reaktoren
Brennmaterial angereichertes Uran: 2-3% 235U, 97-98% 238U Moderator und Kühlmittel: H2O 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 Nachwärme durch radioaktive Spaltprodukte
Linkes Bild: Leistung der β- und γ-Strahlung radioaktiver Spaltprodukte, die 1MW Reaktor in einer Sekunde Betrieb erzeugt hat (3.1 x 1016 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.

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 Transmutation radioaktiver Abfälle
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

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 232Th 233U Vorrat an 232Th reicht für Jahre  Verbrennt nuklearen Abfall Inhärente Sicherheit: keine Kettenreaktion ohne Strahl Probleme:  Materialschäden Produktion radioaktiver Kerne durch Spallation Betrieb von Wiederaufbereitungsanlagen

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

18 Br - DE - Br Separation Method

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

20 Spaltfragmentverteilung für Z = 89 - 92
Messung am Fragmentseparator (FRS) der GSI