Aber jetzt irrst Du. Da war schon ein Teil gesnippt. Den Rest habe ich absichtlich stehen gelassen damit andere auch wissen worums geht. Aber trotzdem, ich mag das genausowenig.
Einen guten Rutsch and a happy new Year!
Tschü Norbert
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marcel Müller schrieb:
Daß man Pu aus dem Verkehr ziehen sollte, setze ich voraus. Mir ging es um das "wie".
Hausnummer: Ein "üblicher" 1000-MW-Leichtwasserreaktor (egal welcher Bauart) erzeugt pro Reaktorjahr ca. 250 kg Reaktorplutonium (also kein reines 239Pu). Das ist Fakt.
Die chemische Abtrennung von Pu ist kein Kunststück, und für moderne Zündertechniken stören beliebige Neutronenhintergründe inzwischen nicht mehr. Weniger technisch bewanderte (was nur eine Zeitfrage ist) "Schurkenstaaten" riskieren einen verminderten yield durch Frühzündung (was dann nicht richtig "Bumm" macht, sondern nur "Puff" wie kürzlich in Mordkorea) - _mir_ wäre dieses Versagensrisiko aber zu unsicher.
Es geht nicht um die Neutronen, sondern um eine prompt überkritische Anordnung - das geht bei Pu ohne Implosionsladung nicht (und ist auch bei 235U nicht einfach). Bevor ohne Kompressionsladung eine Pu-Menge spontan überkritisch wird, verdampft sie durch eine lokale Leistungsexkursion, aber ohne "Rumms" - eben _wegen_ des Neutronenhintergrunds.
Pu ist nur schnell spaltbar, da kann man Moderation vergessen, ebenso Absorption durch 238U, weiterhin will man in einer Pu-Verbrennungsmaschine absolut *kein* 238U haben, sonst produziert man nämlich neues - MOX-Elemente ist nicht. (Und "alles vorbei" ist Quatsch - wenn man keinen Pu-Sprengsatz gebaut hatte, was nicht versehentlich möglich ist, führt die Leistungsexkursion max. zu einem lokalen Verdampfen des Spaltstoffs, was die Anordnung schnell und zuverlässig unterkritisch werden läßt.)
Natürlich.
Das hält sich in Grenzen - die Neutronenvermehrungsrate ist hoch, die Absorption schneller Neutronen relativ klein. Von einem unverzüglichen Rezykling des unverbrannten Pu wurde im übrigen ausgegangen.
Bedeutet es nicht, im Gegenteil. Man hat eine weitgehend absorberfreie Anordnung, die ständig wegen Spaltstoffmangels annähernd "verhungert"
- man hält die Kettenreaktion dadurch "am Leben", daß man kontinuierlich "in homöopathischen Dosen" frischen Spaltstoff zugibt, der in einer kleinen Reaktionszone unverzüglich ziemlich vollständig gespalten wird (weil Neutronen reichlich vorhanden sind) - die Leistung wird direkt durch den Pu-Zufluß begrenzt. (Den "Brennstoffvorrat" muß man natürlich durch eine geeignete Geometrie nicht-kritisch halten.)
Das Einlagern "funktionsfähiger" (wenn auch abgebrannter) Brennelemente mit dem ganzen "Dreck" (und insbesondere vergleichsweise riesigen Pu-Mengen) darin ist absolut inakzeptabel - alles, was man verbuddelt, kann man auch wieder ausgraben: Es wäre geradezu eine Einladung für Terroristen und zudem radioökologisch viel zu unsicher. WAA sind unvermeidlich, auch bei einem Kernenergieausstieg (der global nicht erkennbar ist).
Oder - ist mir gar nicht klar. Nach meinem Demtröder werden gerade mal
0,75 % der gesamten Spaltneutronen innerhalb eines Zeitraums zwischen 0,1 und 80 s verzögert freigesetzt - Neutronenstrahler sind im Nuklidspektrum eine absolute Seltenheit, nach ein paar Stunden findet sich praktisch nichts mehr davon.Gruß aus Bremen Ralf
Das mag ja durchaus sein, aber ich habe auch massiv etwas dagegen, daß irgendjemand so ein "Puff" oberirdisch oder womöglich sogar in Mitteleuropa macht. Schon das gäbe eindeutig _viel_ zu viele Tote.
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Erhard Schwenk schrieb:
Möglicherweise ist Dir entgangen,daß ich inhaltlich exakt das gleiche aussagen wollte, wobei ich nicht hinsichtlich der Folgen mit Dir übereinstimme: Ein unbeansichtigtes "Puff" von einigen Kilotonnen anstatt eines 100-kt-"Bumm" kann nämlich entgegen der Intention des "Schurken" auch ohne Personenschäden abgehen.
Der verringerte "Rumms" bei Reaktorplutonium ist eben nicht sicher, sondern nur ein statistisches Risiko: Der "Idealfall" der Nuklearexplosion ist, daß die Kettenreaktion bei maximaler Kompression der Pu-Kugel (Dichte dann annähernd verdoppelt) einsetzt, dann dauert es nämlich maximale Zeit (es sind Nanosekunden), bis sich der Spaltstoffball durch den Explosionsdruck soweit expandiert hat, daß die Anordnung wieder unterkritisch wird - es wird eine maximale Spaltstoffmenge zr Fission gebracht und maximal Energie freigesetzt.
Der Realfall sieht so aus, daß die Bombe im "Bereitschaftszustand" natürlich unterkritisch ist und nach der Zündung der Implosionsladung diese beginnt, die Spaltstoffkugel zu komprimieren - der Vorgang läuft etwa mit Schallgeschwindigkeit ab, Abschätzung: Radialgeschwindigkeit ca. -5.000 m/s komprimiert eine Kugel aus 5 kg Pu innerhalb von 1,6 Mikrosekunden von einem Ausgangsradius von 39,3 mm auf einen Endradius von 31,2 mm - irgendwann innerhalb dieser kurzen Zeitspanne wird sie überkritisch (z. B. nach 1,1 µs), und sobald dann innerhalb der letzten 500 ns die Kettenreaktion einsetzt, wird die Kompressionsbewegung durch die sich aufbauende Nuklearexplosion beendet, wobei die Kettenreaktion abbricht, wenn der "kritische" Radius (hier: ca. 33,7 mm) überschritten wird.
Die "vorzeitige" Zündung der Kettenreaktion ist nun um so wahrscheinlicher, je höher die spontane Neutronenfreisetzungsrate in dem verwendeten Plutonium ist, und praktisch Null, wenn man reines "Bombenplutonium" 239Pu, wie es vorwiegend in nur kurzzeitig bestrahltem Uran im Reaktor entsteht, verwendet (die Kettenreaktion wird dann am Ende der Implosionsphase durch eine "getriggerte" Neutronenquelle - Beryllium wird in Kontakt mit alphastrahlendem Polonium gebracht - ausgelöst).
Der "Fortschritt" in der Implosionstechnik besteht darin, die Kompressionsgeschwindigkeit stark zu erhöhen und dadurch die "kritische Phase" einer möglichen Frühzündung stark zu verkürzen, dann löst auch der erhöhte Neutronenhintergrund von Reaktorplutonium mit großer Wahrscheinlichkeit keine sprengkraftmindernde Frühzündung der Kettenreaktion aus. (Die Implosionstechnik ist natürlich hochgradig nicht-trivial.)
Nun kann man sich aber eben nicht darauf verlassen, daß Bomben aus Reaktorplutonium auch wirklich vorzeitig mit verringerter Sprengkraft zünden - rein zufällig kann auch bei diesen die Kettenreaktion erst im "günstigsten" Zeitpunkt auftreten, und ein Nuklearterrorist, der keine definierte Zerstörungskraft (etwa zum "Knacken" eines Bunkers) benötigt, könnte es schlicht drauf ankommen lassen: Nine-eleven hat ja auch funktioniert, obwohl nicht alle Flugzeuge ihr Ziel trafen, zudem ist alleine die Kontamination durch den unverbrauchten Spaltstoff ein höchst beeindruckendes Schadenereignis.
Gruß aus Bremen Ralf
Falsch. Das schnelle Spektrum ist nur nötig, wenn Brutraten größer gefordert sind.
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
Jein - für 240Pu und 242Pu liegt die Neutronenbindungsenergie 483 keV bzw. 460 keV unter den Spaltbarrieren, womit diese (gg-)Isotope nicht thermisch spaltbar sind (soviel Energie müssen die Spaltneutronen noch mindestens "mitbringen", um eine Kernfission einzuleiten), für die Pu-Isotope 239, 241 und 243 ist die thermische Spaltung aber möglich (, ).
Nützt aber nichts: Für den Reaktorbetrieb müßte zusätzlich sichergestellt sein, das es auch eine "kritische" Neutronenvermehrungsrate gibt, und da würde ich mal stark vermuten, daß die niederenergetischen Resonanzen soviele Neutronen wegfangen, daß man einen Plutoniumreaktor eben nicht moderiert betreiben kann (aber nachgesehen habe ich nicht, und Du läßt Dir ja alle Würmer einzeln aus der Nase ziehen).
Ganz andere Baustelle: Es geht nicht um den Einfangquerschnitt von
238U zum "Brüten", der erst bei 1 MeV anfängt, sondern wir wollen Plutonium vernichten - Uran hat dabei in dem Reaktor schlicht nichts verloren. Und Reaktorplutonium enthält im Gegensatz zu Waffenplutonium nun einmal auch merkliche Anteile schwererer Pu-Isotope.Gruß aus Bremen Ralf
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Ralf Kusmierz schrieb:
Nur zu Klarstellung: Das sind mehr oder weniger frei erfundene Beispielzahlen zur Demonstration von Größenordnungen. Die exakte Reaktionskinetik einer Nuklearexplosion ist natürlich nach wie vor so geheim, wie das angesichts der allgemeinen Kenntnisse in der Nuklearphysik möglich ist, ich kenne sie deswegen auch nicht. Die Neutronenvermehrung zu Beginn der Kettenreaktion nimmt aber auch eine gewisse Zeit in der Größenordnung von einigen hundert Nanosekunden in Anspruch, was eben auch die Verwendung von Reaktorplutonium zur Waffenproduktion ermöglicht.
Gruß aus Bremen Ralf
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Axel Berger schrieb:
Zu neuartigen Reaktorkonzepten habe ich gerade zwei interessante Links gefunden:
Gruß aus Bremen Ralf
Ja sicher, es liefert ja dementsprechend auch Energie, AFAIK bis zu 40% bei stärker abgebranntem Kern.
Inwieweit der Void-Koeffizient negativ beim Siedewasserreaktor mit stark abgebranntem Kern bleibt, ist fraglich. Sicherheits- relevant ist es nicht. Wasser bewirkt zweierlei, einerseits ist es Moderator, andererseits, besonders beim Leichtwasserreaktor, Absorber. Es kommt darauf an, welcher Effekt überwiegt. Der Absorbereffekt kann im angegebenen Fall grösser werden als der Moderatoreffekt und der Reaktor ist/wird übermoderiert. Aus einem verwandten Grund wird man es auch tunlichst vermeiden, einen Leistungsreaktor kalt anzufahren. Dazu kommt, dass der Unterschied zwischen Gasphase und Flüssig- phase graduell ist. Die Dampfblasendichte variiert kontinuierlich. Auch ist der Dichteunterschied zwischen Dampf und Flüssigkeit vielleicht gar nicht so gross wie man meint, insbesondere in der Nähe des kritischen Punktes ;-).
Ist es nicht der resonante Neutroneneinfang des U235, welcher bei höheren Temperaturen wegen Dopplerverbreiterung schlechter wird?
Willkommen in der wunderbaren Welt der Reaktorregelung. Die angegebenen
0.75% der Neutronen sind der nutzbare Spielraum nach oben bei der Leistungsregelung. 0.8% mehr Gas geben und der Reaktor wird promptkritisch und du hast Tschernobyl frei Haus. Bei (zu) wenig Reaktivitätsreserve ist das knapp, am angegebenen Ort war es zu knapp. Die prompten Neutronen kannst du mit mechanischen Mitteln nicht regeln, NTC-Effekte sind auch zu langsam. Ein wichtiger Sicherheitsindikator ist daher die Reaktorperiode. Damit man Neutronenflüsse genau erfassen kann, müssen sie einen Mindestwert aufweisen. Damit der gegeben ist, befinden sich im Reaktor Neutronen- quellen. Beim erwähnten Kugelhaufenreaktor sollten ca. 7 verschiedene Sorten Kugeln eingesetzt werden. Allein zwei davon Neutronenquellen, eine Sorte enthält Cf252 Spontanspaltungsquellen und eine Sb/Be(?)- Aktivierungsquellen. Wie das in Leichtwasserreaktoren gehandhabt wird, wüsste ich jetzt (noch ;-)) nicht. Ein Extremfall eines unter- kritischen Reaktors wäre ein beschleunigergetriebenes System (ADR/ADS).X-No-Archive: Yes
begin quoting, Rolf Bombach schrieb:
Äh - wie? Der Reaktor *produziert* netto Pu, das ist der Punkt.Ob der Doppler da was ändert? Selbst wenn die (zahlreichen) Einzelpeaks sehr schmal sind - das Neutronenspektrum ist kontinuierlich, da findet sich dann jeweils ein anderes der dann passenden Energie.
[...]Die Aussage des VP war:
Es ist aber offenbar nicht wahr, daß "ein nicht unerheblicher Teil der Neutronen erst deutlich verzögert abgegeben werden", also können sie wegen ihrer Quasi-Nichtexistenz auch nicht merklich aktivieren.
Nach Meinung der Antragsteller sowie der Genehmigungsbehörden waren "Schnelle Brüter" "sicher".
Ob schnelle Neutronen mechanisch nicht regelbar sind, mag dahingestellt sein. Ich kann mir dennoch vorstellen, daß man "prompte" Reaktoren mit hohen Neutronenflüssen "knapp unterkritisch" betreiben kann, also durch das Einsetzen relativ schwacher Neutronenquellen hohe Neutronenflüsse aus Spaltneutronen induzieren.
Gruß aus Bremen Ralf
Jetzt hatte ich wirklich den maximal möglichen Blödsinn geschrieben, in der Hoffnung, jemand merkt es. OK, dann noch mal langsam. Marcel hat das richtig angedeutet. Neutronen kommen durch die Selbstabsorption im Brennstoff abhanden, vorallem durch Absorption epithermischer Neutronen im U238, das ja vorallem vorhanden ist. Sicher sieht das Absorptions- spektrum ziemlich kammartig aus. Meistens ist es allerdings auf logarithmischem Masstab dargestellt, bei linearer Darstellung bleiben nur ein paar Nadeln übrig. Dort ist die Absorption so gross, dass eh alle Neutronen dieser Energie absorbiert werden. Werden die Peaks durch den Dopplereffekt breiter, wird ein breiterer Bereich an Neutronenenergien weggefressen. Sicher ändert sich das Integral unter der Absorptionskoeffizientenkurve selber nicht, aber das Integral der Absorption nimmt zu. (Trivialbeispiel: Kalt: Eine Geschwindigkeitsklasse wird um 99.9% absorbiert, Heiss: Zehn Geschwindigkeitsklassen werden um 99% absorbiert. Bei Leichtwasserreaktoren wird der Effekt nicht so wichtig sein, beim Kugelhaufenreaktor kommt er gelegen, da man keinen (oder sogar einen positiven) Moderatoreffekt hat.
Die verzögerten Neutronen sind absolut essentiell für die Stabilität von Leistungsreaktoren. Die sollte man nicht wegpumpen. Zweitens, von Quasi-Nichtexistenz kann nicht die Rede sein. 0.5% von unglaublich viel ist immer noch sehr viel. Ohne jetzt genau nachgerechnet zu haben, fliegen in einem Leistungsreaktor mehrere Mol Neutronen pro Tag rum, davon vielleicht 0.1 Mol verzögerte Neutronen. Würden die auf aktivierbare Komponenten treffen, Kobalt etwa, käme es zu einer Aktivierung von mehreren Kilocurie pro Tag.
Ja und. Was willst du damit sagen? Sicher, die Verzögerungszeiten sind im Schnellen Reaktor etwa 100 mal kürzer als im moderierten Reaktor, also ist eine schnelle Regelung angesagt. Aber auch der Schnelle Reaktor wird über die verzögerten Neutronen geregelt. Ist dir der Unterschied zwischen schnellem und promptkritischem Reaktor klar?
Die Verzögerungszeit beträgt 1 Mikrosekunde...
Auch die Erfindung neuer Ausdrücke gibt obigem keinen Sinn.
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Rolf Bombach schrieb:
Ok, verstanden. Allerdings möchte ich annehmen, daß die Resonanzen nicht _so_ schmal sind, daß die thermische Bewegung der U-Atome sie merklich verbreitert.
Das ist kein Moderatoreffekt, sondern eine Flußregelung. Die absorbierten Neutronen sind nämlich weg.
Du mußt mal den Unterschied zwischen "verzögerten Neutronen" und "deutlich verzögerten Neutronen" verstehen: Die n-Aktivität ist nach ein paar Minuten gegessen, nach ein paar Stunden der Nicht-Bestrahlung enthält Reaktormaterial praktisch keine Neutronenquellen außer den absichtlich eingebrachten mehr. Die "deutlich verzögerten Neutronen" gibt es damit praktisch nicht.
Doch, doch. Die Frage ist halt, wie groß man die prompte Reaktivität machen darf - positiv darf sie nicht werden (mit Einschränkungen, s. u.), aber wie negativ muß sie sein?
Gut, das ist wirklich nicht viel.
Bitte Gehirn einschalten: Für eine Leistungsabgabe braucht man einen hohen Gesamt-Neutronenfluß. Das bedeutet _nicht_, daß die Reaktivität nicht-negativ sein muß: Auch eine unterkritische Anordnung wirkt als "Neutronenverstärker", d. h. der Fluß einer Neutronenquelle wird durch das Einbringen in eine solche Anordnung sehr vergrößert. Und die induzierten zusätzlichen Neutronen könnten sämtliche prompte Neutronen sein, wobei der Reaktor weiterhin unterkritisch bleibt, also nicht "hochgeht", aber dennoch volle Leistung abgeben kann.
Abgesehen davon hatte ich an eine Anordnung gedacht, die praktisch ständig durch den Brennstoffverbrauch unterkritisch wird, also ständig "verhungert": Zwar kann der Reaktionskern prompt überkritisch werden, aber dadurch wird dabei soviel (bzw. so wenig) Spaltstoff gespalten, daß die Energiefreisetzung unschädlich ist, wie bei einer Kesselanlage, in der Dynamit kontinuierlich nacheinander grammweise explodiert - im Ergebnis hat man nur eine "heiße Flamme", aber keine katastrophale Explosion.
Der Reaktor ließe sich also zur Pu-Vernichtung so betreiben, daß ein Tropfen "frische" Spaltstofflösung in den Kern hineingepumpt wird, wodurch der Reaktor prompt überkritisch wird, und der exponentiell anschwellende Neutronenfluß spaltet so viele Pu-Atome, daß er sofort wieder unterkritisch wird, bis zum nächsten Tropfen bzw. bei gleichmäßig hineingepumptem feinen Brennstoffstrahl - das Ergebnis wäre eine relativ gleichmäßige Wärmefreisetzung: selbst wenn der Neutronenfluß relativ hochfrequent (einige zehn "Exkursionen" pro Sekunde) stark schwankt, so macht das nichts, weil die Wärmekapazität der Anordnung das wegpuffert, es muß nur die Leistung im Mittel einigermaßen gleichmäßig sein.
Gruß aus Bremen Ralf
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