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Kernreaktor

zentraler Bestandteil eines Kernkraftwerks, in dem der eigentliche Spaltungsprozess stattfindet. Man unterscheidet zwischen thermischen (langsamen) und schnellen Reaktoren, wobei die Unterscheidung auf der Energie der zur Spaltung beitragenden Neutronen beruht. Bei thermischen Reaktoren mit Neutronenenergien von ca. 0,025 eV fungiert üblicherweise leichtangereichertes Uran mit einem U235-Anteil von etwa 3 % als Brennstoff , wohingegen beim schnellen Reaktor mit Neutronenenergien von typischerweise 80 keV wegen des geringen Spaltungsquerschnitts für derart hohe Energien eine hohe Anreicherung des U235-Anteils erforderlich ist. In schnellen Reaktoren besteht überdies eine grosse Wahrscheinlichkeit für die Umwandlung durch Neutroneneinfang von U238-Kernen zu Plutonium, das seinerseits wiederum als Kernbrennstoff nutzbar ist (schneller Brüter). Thermische Reaktoren benötigen zur Abremsung der bei der Spaltung freiwerdenden Neutronen einen Moderator; unterschieden wird zwischen graphit- sowie leicht- oder schwerwassermoderierten Reaktoren. Zur Kühlung werden entweder inerte Gase oder aber Wasser eingesetzt. In neuerer Zeit dominieren hingegen in der kommerziellen Anwendung leichtwassermoderierte Reaktoren (Leichtwasserreaktor), wobei zwischen Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren unterschieden wird. Eine neuere Variante eines graphitmoderierten Reaktors stellt der Hochtemperaturreaktor dar. Beim (schnellen) Brutreaktor wird ausgenutzt, dass schnelle Neutronen (E ~ 80 keV) zum einen effizient Plutonium (Pu239) spalten, zum anderen durch Einfang in U238-Kernen wiederum neuen Spaltstoff erzeugen können (Brutmechanismus). Das erbrütete Plutonium kann zusammen mit dem unverbrauchten Uran in einer Wiederaufbereitungsanlage abgetrennt und einer erneuten Verwendung zugeführt werden. Der Prozess der Wiederaufbereitung ist allerdings unter ökologischen Gesichtspunkten nicht unproblematisch. (Kernkraftwerk, Energietechnik)

 

Kernreaktor: Übersicht über verschiedene Kernreaktortypen. DWR: Druckwasserreaktor, SWR: Siedewasserreaktor, HWR: Schwerwasserreaktor, GGR: Gasgekühlter graphitmoderierter Reaktor, AGR: Advanced Gascooled Reactor, HTR: Hochtemperaturreaktor, LWGR: Wassergekühlter graphitmoderierter Reaktor, BR: Brutreaktor.

Typ

Thermisch / schnell

Brennstoff

Anreicherung

Schwermetall-
Inventar
[t / GWel]

Moderator

Kühlmittel-
art

Kühlmittel-
druck [bar]

Kühlmittel-
temperatur
 [°C]

Konversions-
rate CR

DWR

th

UO2

3 %

80

H2O

H2O

155

323

0,55

SWR

th

UO2

3 %

120

H2O

H2O

70

286

0,6

HWR

th

UO2

0,7 %

115

D2O

D2O

115

312

0,8

GGR

th

U

0,7 %

900

Graphit

CO2

28

414

0,8

AGR

th

UO2

2,6 %

170

Graphit

CO2

41

651

0,6

HTR

th

UO2/ThO2

93 %

24

Graphit

He

40

750

0,7

LWGR

th

UO2

1,8 %

190

Graphit

H2O

65

280

 

BR

s

UO2/PuO2

18 %

76

 

Na

2,5

545

1,2

 

 

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