Kernenergie Flashcards
Was ist bei der Spaltung starker und schwacher Kernbrennstoffe zu beachten?
- Spaltung schwacher Kernbrennstoffe erfordert mehr Energie -> schwerer zu Spalten, Beschuss mit kinetischen Neutronen
Bsp.: U-238 - Spaltung starker Kernbrennstoffe benötigt weniger Energie
-> einfacher zu spalten, Beschuss mit thermischen Neutronen
Bsp.: U-235
Was ist der Unterschied zwischen thermischen- und kinetischen Neutronen?
Thermische Neutronen werden für starke Kernbrennstoffe benötigt, kinetische für schwache Kernbrennstoffe
Erläutere die Kernspaltung eines 235/92 U-Kerns.
235/92 U + 1/0 n —> 2 kleinere Kerne + i* 1/0 n + q
Durch Spaltung in kleinere Kerne wird Energie freigesetzt
Es entstehen 2-3 schnelle Spaltneutronen die eine Kettenreaktion ermöglichen
Moderation (abbremsen) der Neutronen notwendig
Welches Energieniveau haben die Spaltneutronen nach der Spaltung eines 235/92 U-Kerns? Wie kann man diese Neutronen dennoch zur Spaltung weiterer Kerne nutzen?
Energie (wie auch Anzahl) der Spaltneutronen statistisch verteilt (Max-Häufigkeit: 0,8MeV, Mittelwert: 5MeV)
Moderation der Neutronen notwendig, E=0,1 eV gefordert
Was versteht man unter Moderation von Neutronen? Worauf basiert die Moderation? Erläutere den Wirkmechanismus. (Skizze)
Das Abbremsen von Neutronen wird Moderation genannt
- basiert auf mechanischen Stoßgesetzen
- gute Moderatoren haben ähnliche Maße wie Neutronen
Welcher Moderator wird am häufigsten verwendet und weshalb?
Moderation erfolgt häufig mit Wasserstoff 1/1 H aufgrund dessen geringer Masse
Einsatz in Form von Wasser (H2O hat eine höhere Dichte)
Welchen Nachteil hat leichtes Wasser als Moderator? Welche Alternativen Moderatoren gibt es?
Leichtes Wasser neigt zum Einfangen von Neutronen
- > alternative Moderatoren:
- schweres Wasser (D2O) D= 2/1 H
- Graphit
Wann tritt eine Kettenreaktion ein? Wann ist ein Reaktor kritisch?
Eine Kettenreaktion tritt ein, wenn durch den Spaltvorgang mehr Neutronen entstehen als durch Absorption und Leckage „verschwinden“
Produktion/(Absorption + Leckage) > 1
Ein Reaktor ist kritisch, wenn ebenso viele Neutronen produziert werden, wie durch A+L verschwinden
k= P/A+L >1 Leistungsbetrieb, =1 kritisch, < unterkritisch
Wie lässt sich die Kettenreaktion steuern?
Durch Modifikation des Neutronenmultiplikationsfaktors k lässt sich der Reaktor steuern:
- Steuerstäbe einfahren (kurzfristig)
- Borsäure beimischen (langfristig)
Absorption lässt sich steuern, Leckage nicht
Was sind die 3 Grundaufgaben die Kernreaktoren in jedem Fall erfüllen müssen?
- kontrollierte und kontinuierliche Kettenreaktion
- die in Wärmeenergie umgewandelte Kernenergie muss abgeführt werden
- die Umgebung ist vor der entstehenden Strahlung zu schützen
Wie lässt sich ein Kernreaktor klassifizieren?
- nach dem Energieniveau der Spaltneutronen (thermische/ schnelle Reaktoren)
- nach Anordnung von Moderator und Brennstoff (homogen(Wasser)/ heterogen(Graphit))
- nach Brennstoff (Natururan(U-238)/ schwach angereichertes Uran(U-235))
- nach Moderatormaterial ( Schwerwasserreaktoren/ Leichtwasserreaktoren)
Zeichne eine Prinzipskizze eines Leichtwasserreaktors.
Was sind die Merkmale des Moderators?
Siehe Folie
Moderator bremst Neutronen
Moderator übernimmt häufig auch Kühlfunktion und Übertragung der Wärme an Kreisprozess
Wie hoch darf die Kühlmitteltemperatur maximal werden? Welche Folgen hat dies?
KM Temperatur ist so zu wählen dass Brennstäbe nicht beschädigt werden (Tmax=350‘C)
-> ηth ist begrenzt (ηth=33%)
Wie lässt sich ein Leichtwasserreaktor regeln?
- schnelle Regelung durch das Einfahren der Steuerstäbe
- langsame Regelung (zu Beginn Überschussreaktivität)
durch Zugabe von Borsäure in das Kühlwasser
Worin liegen die wesentlichen Vor und Nachteile des Siedewasserreaktors?
Vorteile:
- wenig Bauteile, robuster Betrieb
Nachteile:
- Turbinenhaus ist kontaminiert
- Ohne weitere Reaktorregelung nicht zur Netzregelung geeignet
Prinzip des Druckwasserreaktors. Skizze kreisprozess und Druckbehälter. Warum wird ein hoher Druck gewählt?
Folie
Hoher Druck zur Vermeidung der Siedekrise im Primärkreislauf
Vor und Nachteile des Druckwasserreaktors.
Vorteile:
- kein kontaminiertes Turbinenhaus
- kein Auftreten der Siedekrise
Nachteil:
- Druckhalter ist ausfallkritisch
Was ist der Massendefekt?
Massendefekt ist der Unterschied zwischen der Summe der Einzelmassen der Nukleonen und der Gesamtmasse des Atomkerns.
Der Massendefekt kann als Maß für die Bindungsenergie aufgefasst werden.
Wodurch kommt es zur Wärmefreisetzung bei der Kernreaktion?
Durch den Massendefekt kommt es zur Wärmefreisetzung.
