Kerntechnik
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Markus Borlein
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Kerntechnik
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Vogel Communications Group GmbH& Co. KG
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9783834361516
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2
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CHF 21.30
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Wärme-, Energie- und Kraftwerktechnik
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German
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338
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Wasserzeichen/DRM
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PC/MAC/eReader/Tablet
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PDF
Bis zum Jahr 2030 wird von der Internationalen Energie Agentur (IEA) ein Wachstum des Primärenergieverbrauchs von weltweit 50% prognostiziert (World Energy Outlook, 2006). Dabei werden die stärksten Zuwächse in den Entwicklungsländern zu verzeichnen sein. Aber auch die Industriestaaten werden ihren Energiebedarf weiter steigern.
Im Angebot der verschiedenen Energieformen leistet die Kernenergie weltweit einen entscheidenden Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung. Der Bedarf an gut ausgebildeten Fachleuten in Energie- und Systemtechnik ist steigend, wobei fachübergreifendes Wissen immer wichtiger wird. Mit diesem Buch erhält der Leser auch ohne Vorwissen deshalb eine ganzheitliche Darstellung des Themenkomplexes. Neben den zukunftsträchtigen Reaktorkonzepten des Hochtemperatur- und des Fusionsreaktors wird die Funktionsweise der beiden in der Bundesrepublik betriebenen Leistungsreaktortypen Druck- und Siedewasserreaktor besprochen. Viele Abbildungen, Fotos und Diagramme vereinfachen den Zugang zur beschriebenen Technik.
- Grundlagen
- Radioaktive Strahlung
- Das Uran
- Reaktorphysik
- Kernkraftwerke
- Konventionelle Kraftwerkstechnik
- Behandlung radioaktiver Abfälle
Markus Borlein, Jahrgang 1980, studierte elektrische Energietechnik und"Elektro- und Informationstechnik" an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt mit den Abschlüssen Dipl.-Ing. (FH) und M. Eng. Seit 2005 ist er als Projektleiter bei der Babcock Noell GmbH in Würzburg angestellt und hat seit 2006 Lehraufträge für"Kerntechnik" und"Grundlagen der Elektrotechnik" an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt. Als Mitglied der Kerntechnischen Gesellschaft e.V. hält er regelmäßig Vorträge auf der Jahrestagung Kerntechnik.
4 Brennstoffversorgung
(S. 83-84)
Erst haben die Menschen das Atom gespalten,
jetzt spaltet das Atom die Menschen.
Uran ist das 92. Element unseres Periodensystems (seine Kernladungszahl beträgt 92) und ist das letzte stabile, natürlich existierende Element. Es besitzt mehrere Isotope, die in unterschiedlicher Häufigkeit im Natururan vorkommen. Das häufigste Isotop ist das 238U mit seinen 146 Neutronen im Kern, das zu 99,2739% im Natururan enthalten ist.
Aufgrund einer kleinen Zerfallsreihe des 238U (über Th und Pa) wird 234U erzeugt, das sich demnach auch in kleinen Spuren 0,0056%) im natürlichen Uran findet. Neben diesen beiden ist noch das 235U mit einem Anteil von etwa 0,7205% im natürlichen Uran vorhanden. Für den Einsatz in den meisten Kernreaktoren ist vor allem das Isotop 235U relevant, weil es mit thermischen Neutronen spaltbar ist (vgl. Abschnitt 5.1.4).
Uran wurde im Jahre 1789 vom deutschen Chemiker M H K entdeckt. Es ist nach dem Planeten Uranus benannt, der nur 8 Jahre vorher von F W H entdeckt worden war. Auf die gleiche Weise wurden auch die dem Uran im Periodensystem (Bild 2.3) folgenden Elemente Neptunium und Plutonium benannt.
Uran als reiner Stoff ist ein von der Farbe her silbrig-weißes Metall mit hoher Dichte, das sich leicht mit Sauerstoff verbindet und deshalb auch als feines, metallisches Pulver brennbar ist. Natürliche Uranvorkommen liegen daher oxidiert vor. In metallischer Form ist Uran sehr reaktionsfreudig, wenn es mit Wasser in Verbindung gebracht wird. Deshalb wird in Kernreaktoren Uran stets in oxidischer Form verwendet. Uran kann sich in den meisten Säuren lösen und ist aus diesem Grund auch sehr giftig. In den folgenden Abschnitten werden die verschiedenen Stufen, die der Kernbrennstoff bis zu seinem Einsatz im Reaktor durchläuft, erläutert. Bild 4.1 zeigt ein Schema des Urankreislaufs, dessen erste Stufen in diesem Kapitel behandelt werden.
4.1 Uranvorkommen und Uranerzgewinnung
Mit einem Anteil von ca. 3...4 ppm ist Uran in der Erdrinde rund 100-mal häufiger vorhanden als Silber oder Gold und zudem relativ gleichmäßigüber die Erde verteilt. Es gibt dabei regional leichte Unterschiede in der tatsächlichen Konzentration von Uran im umgebenden Boden. Zurzeit lassen sich die Erzvorkommen wirtschaftlich nutzen und abbauen, bei denen der Urangehalt bis zu 0,5% beträgt."
Titel
3
Copyright
4
Vorwort
5
Vorwort zur 2. Auflage
7
Inhaltsverzeichnis
9
1 Einführung
15
1.1 Geschichte der Kernenergie
15
1.2 Kernkraft in der Energieversorgung
18
2 Grundlagen
27
2.1 Aufbau des Atoms
27
2.2 Massendefekt, Bindungsenergie
31
3 Ionisierende Strahlung
35
3.1 Kernumwandlungen und Radioaktivität
35
3.2 Aktivität
46
.3 Wechselwirkungen von Strahlung mit Materie
48
3.4 Wirkung ionisierender Strahlung
53
3.5 Strahlenschutz
62
4 Brennstoffversorgung
83
4.1 Uranvorkommen und Uranerzgewinnung
83
4.2 Urananreicherung, Brennstoffaufbereitung
89
4.3 Brennstoffverarbeitung
99
4.4 Brennelemente
100
5 Reaktorphysik
105
5.1 Kernspaltung
105
5.2 Produkte der Kernspaltung
117
5.3 Neutronenhaushalt
124
5.4 Reaktorregelung
130
5.5 Moderator
145
5.6 Kühlmittel
149
5.7 Homogener, heterogener Reaktor
153
5.8 Konversions- und Brutprozesse
154
5.9 Brennstoffabbrand
157
6 Kernkraftwerke
159
6.1 Statistischer Überblick kerntechnischer Anlagen
160
6.2 Aufbau eines Kernkraftwerks
168
6.3 Kraftwerk-Kennzeichnungs-System
173
6.4 Sicherheitskonzepte
175
6.5 Druckwasserreaktor
197
6.6 Siedewasserreaktor
229
6.7 Hochtemperaturreaktor
241
6.8 Kernfusionsreaktor
250
7 Konventionelle Kraftwerkstechnik
281
7.1 Wasser-Dampf-Kreislauf
281
7.2 Komponenten des Sekundärkreises
284
7.3 Generator, Maschinentransformator
297
8 Behandlung radioaktiver Reststoffe
299
8.1 Entladen der Brennelemente aus dem Reaktor
301
8.2 Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe
304
8.3 Zwischenlager, Standortzwischenlager
307
8.4 Wiederaufarbeitung von ausgedienten Kernbrennstoffen
309
8.5 Direkte Endlagerung, Konditionierung radioaktiver Reststoffe
314
8.6 Endlagerkonzepte
317
Weiterführende Literatur
329
Quellenverzeichnis
330
Stichwortverzeichnis
333
