Homogene Reaktoren

X-No-Archive: Yes
begin Text
Moin,
ich frage mich gerade, warum es eigentlich keine homogenen
Leistungsreaktoren zur Energieerzeugung gibt.(In einem homogenen
Reaktor ist der Spaltstoff in einer Lösung enthalten und liegt nicht
in Form fester Brennstoffe vor.)
Der Vorteil wäre IMHO, daß der Brennstoff kontinuierlich erneuert
werden könnte und sich auch einfacher wiederaufbereiten lassen können
sollte, ferner gäbe es ein höheres Maß an inhärenter Sicherheit, weil
bei einer Leistungsexkursion durch Bläschenbildung die
Spaltstoffdichte reduziert und damit automatisch die Reaktivität
reduziert würde - man könnte das "Core" sozusagen die ganze Zeit über
"leicht siedend" betreiben, eine "Kernschmelze" kann grundsätzlich
nicht stattfinden, weil der Core bereits flüssig ist, das
Notkühlsystem müßte vielmehr ein Eindampfen verhindern, wobei es
leicht möglich wäre, den Spaltstoff im Havariefall in ein Wasserbecken
abzulassen bzw. er dort von alleine hineinfließt, und dadurch stark zu
verdünnen.
Es ist natürlich ein höherer Aufwand für die Reaktorumhüllung
erforderlich, weil die gesamten Reaktionsprodukte inkl. der
hochaktiven Fissionprodukte nicht mehr von Brennelementehüllen
zurückgehalten werden, sondern sofort freiwerden und deshalb im
Containment sicher aufgefangen werden müssen, aber das sollte eine
lösbare Aufgabe sein.
Ich stelle mir vor, daß ein solcher neuartiger Reaktortyp
hauptsächlich mit Pu betrieben wird und folglich schnelle Spaltungen
ausführt - notwendig ist ein solches Aggregat wohl zur Vernichtung der
inzwischen angesammelten Pu-Mengen, die man bei einem Ausstieg aus der
Kernenergie nicht einfach herumliegen lassen und ignorieren kann, und
wenn man sie schon handhaben muß, dann sollen sie wenigstens rentabel
entsorgt werden, also energetisch produktiv.
"Kontinuierlich erneuert" heißt übrigens nicht, daß das
Brennstoffvolumen ständig durchmischt sein müßte - man kann sich sehr
wohl vorstellen, daß dir Anordnung sehr langsam nicht-tubulent
duchströmt wird, so daß auf der Einlaßseite "frischer" Brennstoff
zugefügt wird und am Auslaß gründlich abgebrannter Spaltstoff
herauskommt - der Brennstoff könnte dabei aus einer hochaktiven
Kernzone langsam in eine inaktivere Randzone wandern, sich dann die
aus dem kritischen Kern entweichenden Neutronen noch mit zusätzlichen
Spaltungen nützlich machen können, während die kurzlebigen
Reaktionsprodukte dabei dort schon weitgehend abklingen; bei
entsprechender Auslegung könnte die "Durchgangszeit" des Brennstoffs
durch den Reaktor durchaus im Bereich von 5-10 Jahren liegen, was bei
konventionellen Reaktoren wegen der Bildung von Neutronengiften gar
nicht möglich wäre.
Auf dem gleichen Gelände und direkt der Anlage angeschlossen sollte
gleich eine WAA betrieben werden, in der die langlebigeren Abfälle
konditioniert und das Rest-Pu abgetrennt und in den Prozeß
wiedereingespeist werden sollte.
Gruß aus Bremen
Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
Loading thread data ...
Ralf Kusmierz tippte:
[...]
Hallo, mit kommt da der Thorium Hochtemperatureaktor der einst in Hamm-Uentrup stand in den Sinn. Eine Besonderheit des THTR war das sich der Kernberennstoff in Graphitkugeln befand, die den Reaktor langsam von Oben nach Unten durchwanderten. Dies dürfte deiner Idee schon ziemlich nahe kommen.
Mit freundlichen Grüßen Sascha Albert
Reply to
Sascha Albert
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Sascha Albert schrieb:
Der THTR war gewiß kein homogener Reaktor, und seine Probleme und Nachteile haben sich im Versuchsbetrieb klar gezeigt.
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
*Ralf Kusmierz* wrote on Sun, 06-12-24 16:38:
Mit Wasser ist das IMHO eher unsinnig, aber das Konzept der Salzschmelze gibt es schon lange. Er war das erste Forschungsgebiet der damals neuen KfA Jülich, noch vor dem ersten Kugelhaufenreaktor. Laut Prof. Kugeler (RWTH Aachen) wurde er aufgegeben, weil kein metallischer Bausstoff der aggressiven Salzschmelze auf Dauer standhalten konnte. Sein Vorteile waren und sind die Drucklosigkeit und das Erstarren der Schmelze, die dann rein inhärent den überwiegenden Teil der Spaltsoffe und -produkte zurückhält und als Feststoff nicht aufwendig zurückgehalten und aufgefangen werden muß. Ich kann nicht beuirteilen ob die zwischenzeitlichen Fortschritte bei den keramischen Werkstoffen hier einen Neunanfang aussichtsreich erscheinen ließen - vom Prinzip halte ich es für das insgesamt beste und überzeugendste Konzept.
Reply to
Axel Berger
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
Warum?
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
*Ralf Kusmierz* wrote on Tue, 06-12-26 15:57:
Wasser und Wirkungsgrad heißt Druck - schon die normalen 330 Cel Druckwasserreaktoren sind ja viel schlechter als Kohle mit 550 Cel. Und bei einem flüssigkeitsgefüllten Druckkessel wäre ich nicht bereit, auf Brennelemente als Barrieren zu verzichten. Geplatzt ist noch keiner, aber Undichtigkeit gab es durchaus schon öfter.
Reply to
Axel Berger
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
Ich hatte an höhere Temperaturen gedacht.
Man muß sich von vornherein darüber im klaren sein, daß die Brennelementehüllen nicht vorhanden sind, und entsprechend zusätzliche konstruktive Rückhaltesysteme schaffen, klar. Andererseits können aber nicht vorhandene Brennelementehüllen auch nicht schmelzen.
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
Hallo,
Ralf Kusmierz schrieb:
die Sicherheit ist trotz der mancher hitzigen Diskussion nicht das größte Problem neuer Reaktoren. Es gibt auch Siederwasserreaktoren mit guter inhärenter Sicherheit. SWR1000 fällt mir da spontan ein. Aber gegen Fehlbedienung hilft das auch nicht unbedingt. Selbst der als nicht sonderlich sicher eingestufte Tschernobyl-Reaktor wäre ohne Fehlbedienung mit klarem Verstoß gegen das Betriebshandbuch nicht hochgegangen.
Ich würde mir eher Sorgen um den radioaktiven Müll machen. Die direkten Spaltprodukte wollen für grob 1000000 Jahre eingeschlossen werden, bevor sie unbedenklich sind. Meines Wissens kennen wir keine von Menschenhand geschaffenen, erhaltenen Strukturen dieses Alters. Bevor das Problem nicht gelöst ist, bleibt das alles ein Kredit mit unbekanntem Zinssatz.
Und die Tatsache, dass der größere Müllberg weniger spezifische Aktivität hat, sollte nicht darüber hinwegtäuschen, dass, wenn ein bestimmter Prozentsatz der Container nach einem Zeitraum x Leck schlägt, der Umweltschaden identisch ist.
Und es muss viel mehr Volumen an radioaktivem Müll entsorgt werden. Alle vielleicht 40 Jahre ist schließlich auch die Konstruktion des Reaktors zu erneuern.
Verglichen mit dem ganzen sonstigen radioaktiven Müll ist der Anteil von Plutonium eher klein. Es ist eher die Waffentauglichkeit, die das Material brisant macht.
Das macht man mit Verlaub andersherum, da andernfalls die Randzone unterkritisch (=inaktiv) und die Kernzone, wenn man pech hat, sogar prompt kritisch (=nukleare Explosion) wäre.
Neutronengifte gibt es so oder so. Entscheidend ist es die Kritikalitätsbedingung über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten. Und das ist einfach Auslegungssache und letztlich immer ein Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen.
WAAs sind auch ein recht problematisches Kapitel. Das Problem ist, das an keiner anderen Stelle die hochradioaktiven Substanzen so ungeschützt umherliegen. Deshalb ist es auch bedeutend aufwändiger in einer WAA für Sicherheit vor Kontamination von Personal und Umwelt zu sorgen. Diesen Nachteil hätte ein Reaktor mit flüssigem Brennstoff natürlich mit einer WAA gemein.
Ein weiteres Thema ist die Aktivierung. Bei Leichtwasserreaktoren ist selbst der Primärkreislauf nicht sonderlich stark radioaktiv. Der wesentliche Anteil kommt durch Leckagen in einzelnen Brennstäben zustande. Der Zirkonium-Stahl wird unter dem hohen Neutronenbeschuss halt doch gelegentlich mal morsch. Bei Schwerwasserreaktoren muss man sich mit etwas Tritium herumschlagen, aber das hält sich immer noch in Grenzen. Fakt ist, dass die mit dem Kühwasser in Berührung stehenden Komponenten kein besonderes Risiko mehr darstellen, sobald das Kühlwasser entfernt ist. Bringt man hingegen all diese Baugruppen unmittelbar mit der Neutronenstrahlung in Kontakt, werden sich immer Isotope finden, die dabei selbst radioaktiv werden. Das schafft neuen radioaktiven Müll und macht Wartungsarbeiten hochgradig problematisch.
Kurzum, ich kann die Vorzüge dieses Reaktortyps nicht erkennen.
Marcel
Reply to
Marcel Müller
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marcel Müller schrieb:
Richtig, das war der Anlaß - was schlägst Du diesbezüglich vor?
... in konventionellen Reaktoren ...
Was der Sinn der Sache wäre - dort keine Spaltungen und keine frischen kurzlebigen Spaltprodukte.
Ohne "Zünder" keine prompte Kritikalität. Der Bläschenkoeffizient ist bei homogenen Reaktoren bestimmt negativ (abnehmende Kritikalität mit steigender Temperatur), man brauchte lediglich zu prüfen, ob es so etwas wie einen Bethe-Tait-Störfall geben kann (Druckwelle im Reaktor verursacht und verstärkt Leistungsexkursion).
Deswegen sollen die aus der aktiven Zone raus.
Hier wird die Kritikalität bei einer relativ geringen involvierten spaltbaren Menge dadurch aufrechterhalten, daß die Neutronengifte kontinuierlich abgezogen und in die Mitte frischer, unbestrahlter Brennstoff ohne Neutronengifte darin injiziert wird - das verringert die Reaktionsmenge stark (ähnliches Vorgehen wie bei der Sprengstoffherstellung - immer nur kleine Reaktionsmengen im System).
Keine WAA -> Abfälle bzw. bestrahlte Brennelemente unbehandelt endlagern. Gute Idee? IMHO nicht.
Nun wird bei diesem homogenen Reaktor gar nichts (bzw. wenig) aktiviert. Warum nicht? Weil die aktive Zone klein ist und die freiwerdenden Neutronen in der äußeren Zone der flüssigen Beladung absorbiert werden und die Wand gar nicht erreichen -> weniger Aktivierung als bei konventionellen Reaktoren.
Schade ...
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
*Ralf Kusmierz* wrote on Wed, 06-12-27 12:22:
Die Betriebstemperatur liegt ohnehin schon sehr dicht an der Grenze des möglichen - deshalb trägt ja auch die Wärmekapazität bei Wasserreaktoren fast nichts zur inhärenten Sicherheit und Restwärmeabfuhr bei - der wichtigste Unterschied zum Kugelhaufenkonzept.
Reply to
Axel Berger
*Marcel Müller* wrote on Wed, 06-12-27 13:28:
Nein - es sind bis zu 1000 Jahre. In den abgebrannten Stäben gibt es zwei sehr unterschiedliche gut trennbare Fraktionen: 1) Spaltprodukte Sie sind hochaktiv, deshalb sehr gefährlich und müssen sicher gelagert werden. Dafür sind sie kurzlebig[1] und die Lagerzeit ist begrenzt. 2) Schwere Atome von Uran, Plutonium und durch Neutroneneinfang erbrütet. Diese sind eher schwach aktiv, dafür langlebig. Sie sollten in den Kreislauf zurückgeführt werden, denn nach weiterem Einfang werden sie alle spaltbar.
Der Salzschmelzenreaktor erlaubt es, die Spaltprodukte kontinuierlich zu entziehen und alles andere da zu halten, wo es keinen Schaden anrichten kann.
[1] Jedes radioaktive Atom zerfällt genau einmal. Hochaktive Stoffe zerfallen schnell, niedrig aktive langsam. Eine Mischung aus beidem, ist für die Endlagerung das denkbar schlechteste. Die einzigen, die so etwas propagieren, sind die, denen aus politischen Gründen die Endlagerung gar nicht problematisch genug sein kann. Eine ausgereifte und sichere Lösung wäre für sie das schlimmste.
Reply to
Axel Berger
"Ralf Kusmierz" schrieb im Newsbeitrag news:emm6u7$rpj$ snipped-for-privacy@online.de...
Guten Tag allerseits
Ich hab da vor kurzem was in Wikita nachgeschlagen.
Ich hab die Adresse jetzt zwar nicht aber such mal nach Kugelhaufenreaktor.
Bei Euch steht irgendwo so etwas.
Tschü Norbert
Reply to
Norbert Ötsch
"Norbert Ötsch" schrieb im Newsbeitrag news:emuce2$hl6$ snipped-for-privacy@newsreader2.utanet.at...
Meinte latürnich Wikipe und zwar
formatting link
Tschü Norbert
Reply to
Norbert Ötsch
[vollquote entsorgt :( ]
Willst Du ein Vollquottel sein? Nein? Na dann lies bitte
formatting link
Danke und
Tschüß Wolfgang
Reply to
Wolfgang Allinger
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
Sorry, ich habe gerade nachgesehen und festgestellt, daß der kritische Punkt viel tiefer liegt, als ich dachte, bei nur 374 °C. Das hatte ich wohl falsch abgespeichert, insofern hast Du vollkommen recht. Andererseits würde auch oberhalb des kritischen Punktes ein Temperaturanstieg bei Druckbegrenzung eine Dichtereduktion bewirken - fragt sich nur, ob in so einem überkritischen Dampf überhaupt Pu-Salze löslich sind, und dann auch noch in ausreichender Konzentration.
Richtig, Bläschen können sich nur bilden, wenn die Temperatur deutlich tiefer liegt. (Unter "inhärenter Sicherheit" verstehe ich hier eine Selbstbegrenzung der Leistung bei Leistungsexkursionen - da bei schneller Spaltung eine Reduktion der Moderation nicht in Frage kommt, kann das nur durch eine Verringerung der Spaltstoffdichte mit steigender Temperatur geschehen.)
Gibt es eine dem UF6 entsprechende Pu-Verbindung oder ein anderes Pu-haltiges Gas? (Vielleicht ist es aber keine gute Idee, das als Arbeitsmedium zu verwenden - wenn eine Pu-haltige gasförmige Verbindung thermisch gespalten wird, kondensiert der freiwerdende Pu-Dampf im schlechtesten Fall (Siedepunkt bei 3.327 °C). Flüssiges (verdünntes) Pu könnte allerdings selbst als Reaktionsflüssigkeit verwendet werden (Schmelzpunkt 641 °C) - ob es brauchbare Legierungen für diesen Zweck gibt, weiß ich nicht. (Der Schmelzpunkt von Uran liegt bei 1.132 °C.)
Mit den Spaltprodukten würden allerdings hochschmelzende Verbindungen wie Plutoniumoxid entstehen - das ist einerseits praktisch, weil man so einen Teil der Spaltprodukte als Bodenkörper aus der Plutoniumschmelze rauskriegt, andererseits würde dadurch auch Spaltstoff ausgefällt. Die hohe Leistungsdichte in einer kritischen geschmolzenen Plutoniumlegierung wäre natürlich auch wieder ein erhebliches Problem - irgendwie muß man die Energie schließlich auch abführen.
Ok, so ganz erfreulich finde ich es auch nicht, geschmolzenes Plutonium im Tonnenmaßstab vorliegen zu haben. Andererseits ist klar, daß es nicht "von allein" in einer Nuklearexplosion "hochgehen" kann, eine Leistungsexkursion würde schlimmstenfalls zu einem Austritt aus dem Sicherheitsbehälter führen. Allerdings könnte eine Schmelze als druckloser homogener Reaktor betrieben werden, Druch wäre dann nur in den Wärmetauscherrohren, wenn die mit Wasser betrieben werden - das kann aber aus der Neutronenstrahlungszone mit einem metallischen Wärmetransportmedium herausverlegt werden (beim SNR-300 war flüssiges Natrium als Kühlmittel vorgesehen).
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
*Ralf Kusmierz* wrote on Thu, 06-12-28 14:22:
Die gilt auch bei Wasser. Das Hauptproblem bei Reaktoren ist die Nachwärme. die Kettenreaktion läßt sich nahezu instantan stoppen, aber ein Gutteil der Leistung stammt aus dem Zerfall hochaktiver Spaltprodukte und der läßt sich nicht unterdrücken. Der abgeschaltete Reaktor erzeugt also zwangsläufig eine nicht unerhebliche Nachwärme, Wärmekapazitäten in Temperaturgradienten kommen dazu. Das muß aufgenommen werden können - der Kugelhaufen kann das und geht dabei von 1100 Cel schadenfrei auf 1800 Cel - oder man muß es abführen.
Übrigens war das das Problem in Schweden. Nachkühlsysteme brauchen Antriebsenergie und wenn alle Notstromdiesel ausfallen gibt es die nicht. Deshalb werden die in D nicht nur räumlich weitr getrennt aufgestellt sondern auch verschiedene Versionen verschiedener Hersteller kombiniert.
Reply to
Axel Berger
Ralf Kusmierz schrieb:
Menschen werden immer Waffen bauen. Wir tun gut daran uns frühzeitig zu überlegen, wie wir damit umgehen.
Bereits "handelsübliche" Siedewasserreaktoren erzeugen ohne speziell präparierte (manipulierte) Brennstäbe zu wenig Pu-239 um wirklich sonderlich effektiv Waffen herzustellen. Die Routine-Kontrollen der Brennelemente vor Organisationen wie Euratom sind auch keineswegs überall erwünscht und zugelassen.
Die Vermengung des Plutoniums mit anderen Radioaktiven Substanzen ist noch mit die einfachste Methode. Insbesondere, wenn Pu-240 mit dazukommt, ist die Trennung extrem Teuer und damit die Schwarzmarkt-Geier ein gutes Stück auf Abstand.
Zünder gibt es genug. Da fliegen Abermillionen von Neutronen herum.
Das ist bei Siedewasserreaktoren auch so (Void-Koeffizient), da die Effektivität des Moderators nachlässt. Das nützt, wenn es richtig zur Sache geht aber nichts, denn bis die Blasen sich gebildet haben, ist unter Umständen alles schon vorbei. Lediglich der negative TK durch die Absorption von Neutronen durch U238 ist wirklich sehr schnell. Den hat jeder Reaktor.
Das wäre zudem zu klären.
Das bedeutet aber auch dass der Kernbrennstoff nur entsprechend unvollständig verbrannt wird. Die beiden Punkte sind direkt korreliert.
Bedeutet aber höheren absoluten Brennstoffdurchsatz = mehr Kosten, mehr Atommüll. (s.o.)
Das ist so. Einen Tod muss man sterben.
Es ist schon klar, dass ein nicht unerheblicher Teil der Neutronen erst deutlich verzögert abgegeben werden, oder? Zu dem Zeitpunkt wird sich das Trägermedium mit bestimmter Wahrscheinlichkeit längst in einem Wärmetauscher befinden, oder?
Marcel
Reply to
Marcel Müller
"Wolfgang Allinger" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@all2002.dialin.t-online.de...
Entschuldige bitte, aber das wollt ich natürlich nicht!
Tschü Norbert
Reply to
Norbert Ötsch
Ok, Schwamm drüber. Aber Du musst noch am Quoten arbeiten, auch diesmal war es wieder ein Vollquote :-( Ich kürz das wieder, damit Du siehst, wo es drauf ankommt.
Guten Rutsch ins neue Jahr.
Tschüß Wolfgang
Reply to
Wolfgang Allinger
Axel Berger schrieb:
Hm, eine passive Lösung wär da schön. Heatpipe nach außen und auf den Betonmantel Kühlkörper kleben? /unernst
Kristian
Reply to
Kristian Neitsch

PolyTech Forum website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.