Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 6 KERNREAKTIONEN
Bruchteil (1 − P ) wird in 238 U absorbiert
↓
P · P s ɛ · η · N j übrig (moderiert ≈ thermisch)
↓
(1 − J) wird im Moderator absorbiert
↓
(1 − P th ) kann entweichen
↓
J · P th · P · P s ɛηN j ≡ N j+1 −→ zum Anfang des Zyklus
idealer Reaktor: ∞-Ausgedehnt → P th = P s = 1
Verstärkungsfaktor: K ∞ = η ɛ P J Vier-Faktor-Formel
pro Zyklus: dN = N j+1 − N j = (K eff − 1)N j · dt
T mit T = Zykluszeit ≈ 10−6 s
→ N(t) = N(0)e (k eff −1)· t
T
⇒ K eff muss sehr genauf auf 1 geregelt werden.
K eff = 1, 001 → Verstärkung in 1 min von 10 26
“Reaktivität ρ ≡ K eff − 1
K eff
!
= 0“
Aufbau von Spaltungsreaktoren: Bsp = Anordnung von Brennsstoff, Moderator, E-Transformator
(i) Druckwasser-Reaktor (Biblis, Brokdorf, Grafenrheinfeld, ...)
Brennstoff: UO 2 -Tabletten; 235 U ist angereichert ≈ 3% (von 0,72%)
ca. 200 in Brennstoffstab, Zr-Mantel, Platz für gasförmige Spaltprodukte z.B. Kr,Xe
≈ 25 Stäbe → Brennelemente, wird von H 2 O umflossen, Funktion: (i) Moderator, (ii)
Wärmeabtransport
Reaktorkern ≈ 100 Brennelemente (á 25 Stäbe á 200 Tabletten)
P ≈ 3, 8GW , davon ≈ 1, 4GW als el. Leistung, η = 35%, ca. 70 MW zum Betrieb des Reaktors
Verbrauch Brennstoff: ≈ 30t/a an Uran ρ Uran ≈ 19t/m 3 ⇒ Würfel mit Kantenlänge von 1,5m
Primärkreislauf: P ≈ 150bar, T ≈ 330 ◦ C, Fluss durch Reaktor ≈ 7000 t/h gekoppelt über
Wärmetauscher an Sekundärkreislauf → Dampfturbine ⇒ Strom
Anreicherung: 235 U: steigt von innen nach außen von ca. 2% auf ca. 3,2%, zum Ausgleich der
Entweich-Verluste
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