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Einschub zur Erinnerung: Grundlagen Kernphysik und Kernenergie - PowerPoint PPT Presentation


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3ab. 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 . 3b .1.

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Slide1 l.jpg

3ab.

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


Slide2 l.jpg

3b.1

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 „Was ist Kernkraft“


Slide3 l.jpg

--------- Nukleon.

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „


Slide4 l.jpg

3b.2

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung2 „Was ist Kernkraft“




Slide7 l.jpg

238 Kernenergie „U

b..= barn

Spaltquerschnitt von235Uundvon238U

Spaltquerschnitt der Atomkerne 235U und 238U gegenüber Neutronen in Abhängigkeit von derNeutronenenergie

Quelle:Hänsel-Neumann: Physik-Bd 3: Atome-Atomkerne-Elementarteilchen, Spektrum Verlag 1995, ISBN=3-86025-313-1, Abb.12.20,p.451


Slide8 l.jpg

Neutronenbilanz in einem Reaktor Kernenergie „

Start: 

Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1299, Abb.44-4


Slide9 l.jpg

Also: Kernenergie „

Neutronenbilanz in einem Reaktor:

Start:

Eine Generation aus 1000 Neutronen trifft auf

den 235U-Brennstoff innerhalb der 238U-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 3-527-40366-32003, p. 1299, Abb.44-4



Slide11 l.jpg

.3 Kernenergie „

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „




Slide14 l.jpg

.4 Kernenergie „

Kernreaktoren


Slide15 l.jpg

. Kernenergie „41 Leichtwasser

Schematischer Aufbau eines Leichtwasserreaktors (LWR)

I----------------- Wärmeerzeugung---------------------------I

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Bild 5.1,p.237


Slide16 l.jpg

. Kernenergie „411Druckwasser

Dampfkraftwerk mit Druckwasser-Reaktor

„nur“ rund 600 K und 150 bar

I- Wärmeerzeugung-I

Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1300, Abb.44-5


Slide17 l.jpg

Druckwasser-Reaktor Kernenergie „

Das Wasser im Primärkreislauf dient sowohl als

Moderator als auch als

Kühlmittel

Quelle:Paul A. Tipler.: „Physik“, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg,2000, ISBN 3-86025-122-8 , p. 1409, Abb.40.13


Slide18 l.jpg

Schematischer Aufbau eines Druckwasser-Reaktors (DWR) , Kernenergie „etwas erweitert

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Bild 5.2,p.239


Slide19 l.jpg

DWR Kernenergie „

Beim SWR wird im Core

direkt Dampf für die Turbine erzeugt

SWR

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „


Slide20 l.jpg

. Kernenergie „42

Weitere Reaktortypen



Slide22 l.jpg

. Kernenergie „421

HTR-Reaktor (Schema) : Kugelhaufen-Reaktor

Brennelement

60 mm - Kugel

Brennstoffkern

< 1mm Durchmesser

He wird auf 750 -100°C aufgeheizt!

daher „Hochtemperatur“

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, Abb. 9.9,p.259


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  • Bemerkungen: Kernenergie „

  • Reaktor = „Silo“ , das eine Schüttung von tennisbalgroßen Kugeln mit Graphitmantel besitzt [im Reaktor Hamm-Uentrop waren es 67000 Kugeln ]

  • Jede Kugel enthielt 30000 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 750 -1000°C aufgeheizt! daher „Hochtemperatur –Reaktor“Hoher elektrischer Wirkungsgrad!

  • Inhärent sicherer Betrieb ist möglich, sofern die Auslegung –je nach Aufbau- bau – auf 100-300MWel eschränkt bleibt.

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.259, und /Heinloth 2003, p. 244 ff./



Slide25 l.jpg

. Kernenergie „422

Schneller Brutreaktor: Schnitt durch den Kern

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, Abb. 9.10, p.261


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Aus U-238 wird letztendlich Pu-239 erbrütet: Kernenergie „

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung4: Radioaktiver Zerfall „


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  • Bemerkungen zum Schnellen Brüter: Kernenergie „

  • Hohe Leistungsdichte (z.B. 375 MW/m3) 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: 0.5 - 0.7 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

  • Superphénix1995 nach Brand stillgelegt. („zu Forschungszwecken genutzt“)

  • in Indien wurde Baustelle 2004 vom Tsunami überflutet

UrQuelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.261ff, und /Heinloth 2003, p.


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Reaktor Kernenergie „

-

Typ

„LeichtWasser“

____________

Canada_____________ _

nur noch im UK

____________

inhärent sicher

Typ Tschernobyl

inhärent sicher

therm.

.423

Übersicht verschiedener Raktortypen:

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Tabelle 5.2,p.238 , (redaktionell bearbeitet)


Slide29 l.jpg

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage Kernenergie „, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,Tabelle 5.3,p.240


Slide30 l.jpg

.5 Kernenergie „

Brennstoff(kreis)lauf - Wiederaufarbeitung

radioaktiver Abfall

Endlagerung


Slide31 l.jpg

.5 Kernenergie „

Für DWR, 1 GWel, und 1 Jahr:

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „


Slide32 l.jpg

Verfahren zur Anreicherung von U-235: Energie und Kostenaufwand

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,p.235 ,


Slide33 l.jpg

In der Entwicklung : Trenndüsenverfahren Kostenaufwand (Schema)

Aber noch zu hoher Energieaufwand

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.253.


Slide34 l.jpg

Quelle:Klaus Heinloth: Die Energiefrage Kostenaufwand, Vieweg Verlag 2003 (2.Auflage), ISBN=3-528-13106-3,p.236 ,


Slide35 l.jpg

.5 Kostenaufwand

radioaktiver Abfall

Endlagerung


Slide36 l.jpg

Quelle:Diekmann/ Heinloth: Energie Kostenaufwand, Teubner Studienbücher, 1997 (2.Auflage), ISBN=3-519-13057-2, p.231.


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



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Die Kernenergie „vom radioaktivemAbfall, 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.

Quelle:Halliday e.a.: „Physik“, Wiley ,Weinheim , ISBN 3-527-40366-32003, p. 1301, Abb.44-6


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Ein tendenziöses Zwischenbild Kernenergie „

als Tagtraum.

Quelle: Der Spiegel, 2005, Heft 17, p.22




Slide44 l.jpg

Reste Kernenergie „

U_Gießen_Düren_Vorlesung Kernphysik4_Vorlesung5: Kernenergie „