Kernreaktor

[Raphael]

ich bin gerade dabei meine Facharbeit in Physik auszuarbeiten und dabei entstehen nach jeder beantworteten frage nur noch mehr fragen. wie ne kettenreaktion halt



ich hab gelesen das in einem druckwasserreaktor der brennstoff zum größten teil aus uran-238 besteht und nur zu 1,5 % bis 6 % aus Uran 235.

Dort wo ich jetzt bereits nachgeschaut habe wird nur erwähnt das Uran-235 mit einem neutron beschossen wird und dadurch uran-236 entsteht. das uran-236 zerfällt dann in barium und krypton und es entstehen außerdem noch 3 neutronen.

so weit so gut...

was is jetzt mit dem uran-238? hab irgendwo gelesen das das nicht spaltbares material is oder so. die frage is warum wird uran-238 dann mit als brennstoff verwendet



jetzt noch ne frage

warum müssen die neutronen abgebremst werden um uran-235 zu spalten?

[johannesd]

hi

mann muss uran238 mit verwenden, weil man uran235 nur in verbindung mit uran238 in der natur vorfindet.

[Raphael]

und warum wird dann der anteil von u-235 erst zu 1,5 - 6 % angereichert?
dann könnte man doch auch gleich 20, 30 oder noch mehr % anreichern.

[Raphael]

und warum wird dann der anteil von u-235 erst zu 1,5 - 6 % angereichert?
dann könnte man doch auch gleich 20, 30 oder noch mehr % anreichern.

[el-haber]

Hi Raphael,

die Anreicherung von U235 in U238 (oder besser gesagt die verdünnung von U238 aus dem Gemisch) ist ein sehr aufwändiger Prozeß.
Es werden dazu sogenannte Strahlteilungszentrifugen verwendet, bei denen ein Partikelstrahl aus dem Gemisch in den Kammern der Rotationstrommel in einem tangentialen Strahl durch Krümmung in einen schweren und einen leichten Strahlteil getrennt wird.
Im 'leichten' Teil ist das U235 dann konzentrierter.

Der Neutronenbeschuß muß moderiert werden (Wasser) damit die Stoßenergie der Neutronen nicht durch den Atomkern geht, sondern das Neutron darin eingefangen werden kann (-> thermische Neutronen).

Der restbestandteil U238 dient als nichtreaktionsbeteiligter 'Schwamm für den Krypton-Abfall.

Ein verbrauchter U235-Brennstab aus reinem U235 würde wegen der zusätzlich moderierenden Krypton-verunreinigung (1. Platzen) und 2. zuviel unverbrauchtes U235 enthalten.

[Raphael]

danke el haber,
das leuchtet mir schon etwas mehr ein

hab noch mehr fragen aber die fallen mir gerade nicht alle ein...

vielleicht kannste mir noch bissl helfen... abgabe is anfang februar.

ach ja wie ensteht eigentlich die wärme im kernreaktor?
durch die reibung der neutronen mit den moderatoren?

haste vielleicht noch paar links wo die einzelnen prozesse von der kernspaltung bis zum elektrischen strom beschrieben werden?

[l-haber]

Hi,
im Kernreaktor zerfallen U235-Atome zu Krypton und Barium.
Schau doch bitte im Periodensystem nach, was die an Atommasse mitbringen und zähle die Massen von Krypton und Barium zusammen.
Dir sollte danach auffallen, daß zwischen der Atommasse von U235 und Kr+Ba eine differenz stehen bleibt, die wesentlich größer ist, als der reine rundungsfehler der Zahlen.

Wenn Du nun den einsteinschen Ansatz verwendest E = m(def) * c*c
mit m(def) = diffenenz der Massen von Ausgangs- zu Zerfallsprodukten,
c = Lichtgeschwindigkeit,
dann erhältst du als Energie die freiwerdende Bindungsenergie von großen Atomen gegenüber kleinen Atomen.
(anm. bei ganz kleinen Atomen wie H2 oder He oder De2 und Tri2 ist es genau anders herum - wenn 2 H2 mit Neutronen zu De und Tri verschmelzen, dann nimmt zunächst die Masse ab!)

So werden aus 10kg U235 ca. 200TWh (Terrawattstunden) in der Reaktorladung mit 200kg Brennstäben.

CU
Stefano

[Heiko97]

und warum wird dann der anteil von u-235 erst zu 1,5 - 6 % angereichert?
dann könnte man doch auch gleich 20, 30 oder noch mehr % anreichern.

[l-haber]

Wie oben schon von mir beschrieben, ist das Anreichern von U235 (ausdünnen von U238) ein aufwändiger Prozess. Darum wird auf das mindestmaß an Konzentration angereichert, das zur Zündung der Kettenreaktion und einiger Brenndauer benötigt wird.
Außerdem braucht es einen Puffer für die Zerfallsprodukte (Krypton ist ein Gas) die in den Edelstahlröhren eingeschlossen sind.
Bei höherer Anreicherung und längerer Brenndauer würde zuviel Krypton entstehen, das einen zu großen Druck im Brennelement hervorruft. Damit ist dann das Element nichtmehr 'recycelbar'.
Außerdem entsteht auch Barium, das seinerseits als Neutronenfänger funktioniert und damit die Kettenreaktion stoppt.
Würde also ein Brennelement mit 20% Angereichert, dann könnte nur bis ca. 15% Energie gewonnen werden, da danach das Barium zu viele Neutronen abfängt und die Kettenreaktion stoppt.
Die restlichen 15% U235 müßten danach erst wieder aufwändig aus dem Schrott gewonnen werden.
Anders bei den bis 6% angereicherten Brennelementen bleibt ein Rest von 0,5% U235 im Element.

CU
Stef