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

Beispiel für die Spaltung von 235Uran

Spaltfragment-Verteilung von 235Uran

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

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 210000 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

Neutronenzyklus im Kernreaktor

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

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

Schneller Brüter

Grafitmoderierter, gasgekühlter Reaktor

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.

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)

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

Projektstudie Transmutation von Aktiniden durch Spallationsneutronen erzeugt durch 1 GeV Protonen

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 21000 Jahre  Verbrennt nuklearen Abfall Inhärente Sicherheit: keine Kettenreaktion ohne Strahl Probleme:  Materialschäden Produktion radioaktiver Kerne durch Spallation Betrieb von Wiederaufbereitungsanlagen

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

Br - DE - Br Separation Method

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

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