Kernreaktor

Reaktor, Atomreaktor, Atommeiler, Atomofen, Uranbrenner


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Kernspaltung: Neutronenbeschuss

englisch Pile, eine technische Anlage, in der Atomkernspaltungen in einer kontrollierten Kettenreaktion ablaufen und Energie frei wird, d. h. Wärme erzeugt wird. Im Kernreaktor läuft folgender Vorgang ab: Atomkerne eines spaltbaren Materials, z. B. des Uran-Isotops 235, werden durch Neutronen in zwei etwa gleich große Bruchstücke gespalten. Daneben entstehen bei jeder Spaltung 2 oder 3 freie Neutronen, die wiederum zur Spaltung weiterer Kerne führen können. Diese Kettenreaktion wird so gesteuert, dass gleichmäßig pro Sekunde eine vorbestimmte Anzahl von Kernen gespalten wird. Bei jedem Spaltungsvorgang wird Energie frei, zunächst als kinetische Energie der Spaltprodukte und Neutronen; diese wird durch Stöße an andere Atome übertragen und damit in Wärmeenergie umgewandelt. Mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufs wird die Wärme abgeführt und in einem Dampf- oder Gasturbinenprozess in mechanische Energie und schließlich im Generator in elektrische Energie umgewandelt. → Kernenergie.

Für den kontrollierten Ablauf der Reaktion ist wichtig, dass von den 2 oder 3 bei der Spaltung entstehenden Neutronen genau eines wieder eine Spaltung hervorruft; es dürfen nicht zu viele Neutronen verloren gehen. Daher muss eine gewisse Mindestmenge (kritische Masse) Uran vorhanden sein. Die Abbremsung (mit Hilfe von Moderatoren) der zunächst schnellen Neutronen zu langsamen oder thermischen Neutronen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Neutronen Spaltungen und nicht andere Kernreaktionen verursachen.

Hauptbestandteile eines Kernreaktors:


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Brutreaktor

1. spaltbares Material: Verwendbar sind die Uranisotope der Massenzahlen 235 und 233 sowie das Plutoniumisotop 239. Das erstgenannte Isotop findet sich in natürlichem Uran zu 0,73% neben 99,27% Uran 238; verwendet werden natürliches Uran und angereichertes Uran, in dem der Prozentsatz des Isotops 235 erheblich erhöht ist. Die beiden anderen spaltbaren Isotope müssen selbst erst in Kernreaktoren, in sog. Brutreaktoren, erzeugt werden. Sie entstehen aus Thorium 232 bzw. Uran 238 durch Neutroneneinfang. - 2. Moderator oder Bremssubstanz: Stoffe zur Abbremsung der Neutronen. Verwendet werden reiner Graphit, schweres Wasser und auch reines normales Wasser. - 3. Steuerungs- und Kontrolleinrichtungen: Vor allem Cadmium fängt stark Neutronen ein und wird deshalb in Form von Stäben benutzt, die in den Kernreaktor mehr oder weniger weit eingeschoben werden können. - 4. Kühlmittel: Verwendung finden Gase (wie Kohlendioxid, Helium), Wasser und auch leicht schmelzende Metalle, z. B. Natrium. - 5. Konstruktionsmaterial und Schutzwandung gegen die starken radioaktiven Strahlungen der Kernreaktoren.

Der erste Kernreaktor wurde 1942 in den USA in Betrieb genommen. Heute gibt es zahllose Kernreaktoren der verschiedensten Typen und Größen für Forschungs- und Ausbildungszwecke an Universitäts- u. a. Instituten und zur Erzeugung radioaktiver Isotope unter der starken Neutronenbestrahlung im Reaktor. Die überwiegende Anwendung finden Kernreaktoren in Kraftwerken zur Erzeugung elektrischen Stroms .Auch Reaktoren zum Antrieb von Schiffen sind gebaut worden .

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