KernphysikEnergietechnik,
regenerierbare Energiequellen, Stosspartner schneller Neutronen in einem
Kernreaktor zur Thermalisierung und damit zur Erhöhung des Wirkungsquerschnitts
für den Neutroneneinfang durch den Spaltkern (Einfangquerschnitt). Die bei
einer Uran-Kernspaltung freigesetzten Neutronen besitzen eine hohe kinetische
Energie und daher einen niedrigen Einfangquerschnitt ( ausserhalb
von Resonanzen). Stösse mit Teilchen vergleichbarer Masse erlauben einen
maximalen elastischen Energieübertrag und führen daher zu einer effizienten
Abbremsung auf thermische Energien (
), bei denen
ein effizienterer Neutroneneinfang möglich ist. Übliche Moderatoren sind
(leichtes) Wasser H2O,
schweres Wasser D2O
sowie Graphit. Die Wirksamkeit eines Moderatormaterials ist temperaturabhängig.
Ein Vergleich zwischen Graphit und Wasser macht dies deutlich: Steigt die
Leistung des Reaktors an, so steigt in Wasser die Dampfbildung, wodurch dessen
Dichte und in Folge Abbremsrate und Absorption abnehmen. Wird Graphit als
Moderator und Wasser als Kühlmittel eingesetzt, wächst wegen der abnehmenden
Absorptionsrate im Wasser die Abbremsrate, so dass Spaltrate und Leistung
steigen. Dieser Prozess mit positiver Rückkopplung kann nur durch geeignete
Sicherheitseinrichtungen beherrscht werden, ohne dass der Leistungsanstieg ausser
Kontrolle gerät. Im Reaktor von Tschernobyl führte er nach zusätzlicher
Fehlbedienung 1986 zum Reaktorunfall. Bei Leichtwasserreaktoren hingegen
(speziell Siedewasserreaktoren) ist Wasser Kühlmittel und Moderator zugleich.
Steigt die Leistung an, sinkt die Spaltrate wegen der abnehmenden Bremsrate, so
dass eine negative Rückkopplung vorliegt. Ein totaler Kühlmittelverlust führt
direkt zum Erliegen der Kettenreaktion. Analoges gilt für den
Kugelhaufenreaktor (Hochtemperaturreaktor) mit He-Gas als Kühlmittel und
Moderator.
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