Die Bedeutung der Kernenergie in der modernen Welt

Die Kernenergie hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Schritt nach vorne gemacht und ist zu einer der weltweit führenden Energieträger geworden die wichtigsten Quellen Strom für viele Länder. Gleichzeitig sollte daran erinnert werden, dass sich diese Branche weiterentwickelt Volkswirtschaft Es lohnt sich, die enormen Anstrengungen von Zehntausenden Wissenschaftlern, Ingenieuren und einfachen Arbeitern zu unternehmen, die alles dafür tun, dass das „friedliche Atom“ nicht zu einer echten Bedrohung für Millionen von Menschen wird. Der eigentliche Kern eines jeden Kernkraftwerks ist der Kernreaktor.

Geschichte der Entstehung eines Kernreaktors

Das erste Gerät dieser Art wurde auf dem Höhepunkt des Zweiten Weltkriegs in den USA vom berühmten Wissenschaftler und Ingenieur E. Fermi gebaut. Aufgrund seines ungewöhnlichen Aussehens, das einem Stapel übereinander gestapelter Graphitblöcke ähnelte, wurde dieser Kernreaktor Chicago Stack genannt. Es ist erwähnenswert, dass dieses Gerät mit Uran betrieben wurde, das direkt zwischen den Blöcken platziert wurde.

Errichtung eines Kernreaktors in der Sowjetunion

In unserem Land wurde auch den Nuklearfragen verstärkte Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl sich die Hauptbemühungen der Wissenschaftler auf die militärische Nutzung des Atoms konzentrierten, nutzten sie die gewonnenen Ergebnisse aktiv für friedliche Zwecke. Der erste Kernreaktor mit dem Codenamen F-1 wurde Ende Dezember 1946 von einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung des berühmten Physikers I. Kurtschatow gebaut. Sein wesentlicher Nachteil war das Fehlen jeglicher Art von Kühlsystem, sodass die von ihm freigesetzte Energie äußerst unbedeutend war. Gleichzeitig vollendeten sowjetische Forscher ihre begonnene Arbeit, die bereits acht Jahre später zur Eröffnung des weltweit ersten Atomkraftwerks in der Stadt Obninsk führte.

Funktionsprinzip des Reaktors

Ein Kernreaktor ist ein äußerst komplexes und gefährliches technisches Gerät. Sein Funktionsprinzip beruht darauf, dass beim Zerfall von Uran mehrere Neutronen freigesetzt werden, die wiederum Elementarteilchen aus benachbarten Uranatomen herausschlagen. Und folglich Kettenreaktion Dabei wird eine erhebliche Energiemenge in Form von Wärme und Gammastrahlen freigesetzt. Gleichzeitig sollte man die Tatsache berücksichtigen, dass die Spaltung von Uranatomen stattfinden wird, wenn diese Reaktion in keiner Weise kontrolliert wird kurze Laufzeiten kann dazu führen mächtige Explosion mit unerwünschten Folgen.

Damit die Reaktion innerhalb genau definierter Grenzen abläuft, ist die Konstruktion eines Kernreaktors von großer Bedeutung. Derzeit ist jede dieser Strukturen eine Art Kessel, durch den Kühlmittel fließt. In dieser Funktion wird normalerweise Wasser verwendet, es gibt jedoch Kernkraftwerke, die flüssigen Graphit oder schweres Wasser verwenden. Hunderte spezieller sechseckiger Kassetten sind aus einem modernen Kernreaktor nicht mehr wegzudenken. Sie enthalten brennstofferzeugende Elemente, durch deren Kanäle Kühlmittel fließen. Diese Kassette ist mit einer speziellen Schicht beschichtet, die Neutronen reflektieren und so die Kettenreaktion verlangsamen kann

Kernreaktor und sein Schutz

Es verfügt über mehrere Schutzstufen. Zusätzlich zum Körper selbst ist er mit einer speziellen Wärmedämmung und einem biologischen Schutz auf der Oberseite versehen. Aus technischer Sicht handelt es sich bei diesem Bauwerk um einen mächtigen Stahlbetonbunker, dessen Türen möglichst dicht verschlossen sind.

Chicago Pile-1 (CP-1) wurde unter der Westtribüne des Fußballfeldes der University of Chicago gebaut und am 2. Dezember 1942 in Betrieb genommen. Er war der erste Kernreaktor der Welt. Es bestand aus Graphit- und Uranblöcken und verfügte außerdem über Steuerstäbe aus Cadmium, Indium und Silber, verfügte jedoch über keinen Strahlenschutz und kein Kühlsystem. Wissenschaftlicher Betreuer Der Physiker Enrico Fermi beschrieb CP-1 als „einen feuchten Haufen schwarzer Ziegel und Holzstämme“.

Die Arbeiten am Reaktor begannen am 16. November 1942. Es wurde schwierige Arbeit geleistet. Physiker und Universitätsmitarbeiter arbeiteten rund um die Uhr. Sie bauten ein Gitter aus 57 Schichten Uranoxid und Uranbarren, eingebettet in Graphitblöcke. Ein Holzrahmen stützte die Struktur. Fermis Schützling Leona Woods - die einzige Frauüber das Projekt – sie nahm sorgfältige Messungen vor, während der „Haufen“ wuchs.

Am 2. Dezember 1942 war der Reaktor testbereit. Es enthielt 22.000 Uranbarren und verwendete 380 Tonnen Graphit sowie 40 Tonnen Uranoxid und sechs Tonnen Uranmetall. Der Bau des Reaktors kostete 2,7 Millionen US-Dollar. Das Experiment begann um 09:45 Uhr. 49 Personen waren anwesend: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Heberry, Woods, ein junger Zimmermann, der Graphitblöcke und Cadmiumstäbe herstellte, Ärzte, normale Studenten und andere Wissenschaftler.

Drei Personen bildeten das „Selbstmordkommando“ – sie waren Teil des Sicherheitssystems. Ihre Aufgabe war es, das Feuer zu löschen, wenn etwas schief ging. Es gab auch Kontrolle: Steuerstangen, die manuell gesteuert wurden, und eine Notstange, die am Geländer des Balkons über dem Reaktor befestigt war. Im Notfall musste das Seil von einer speziell auf dem Balkon diensthabenden Person durchtrennt werden und die Stange würde die Reaktion löschen.

Um 15:53 ​​Uhr entstand zum ersten Mal in der Geschichte eine sich selbst tragende Kette Kernreaktion. Das Experiment war ein Erfolg. Der Reaktor war 28 Minuten lang in Betrieb.

Wenn nötig, kühlen Sie den Reaktor auch schnell ab, sie werden verwendet Eimer Wasser Und Eis.

Element	Wärmekapazität
	Kühlstab 10k(eng. 10k Kühlmittelzelle)
	10 000
	Kühlstab 30k(eng. 30K Kühlmittelzelle)
	30 000
	Kühlstab 60k(eng. 60K Kühlmittelzelle)
	60 000
	Roter Kondensator(dt. RSH-Kondensator)
	19 999
	Indem Sie einen überhitzten Kondensator zusammen mit Redstone-Staub in ein Handwerksgitter legen, können Sie seine Wärmereserve um 10.000 eT auffüllen. Somit sind zwei Staubstücke erforderlich, um den Kondensator vollständig wiederherzustellen.
	Lapislazuli-Kondensator(dt. LZH-Kondensator)
	99 999
	Es wird nicht nur mit Redstone (5000 eT), sondern auch mit Lapislazuli für 40.000 eT aufgefüllt.

Kernreaktorkühlung (bis Version 1.106)

• Der Kühlstab kann 10.000 eT speichern und kühlt jede Sekunde um 1 eT ab.
• Die Reaktorhülle speichert außerdem 10.000 eT und kühlt sich jede Sekunde mit einer Wahrscheinlichkeit von 10 % auf 1 eT ab (durchschnittlich 0,1 eT). Durch Thermoplatten, Brennelemente und Wärmeverteiler kann die Wärme auf eine größere Anzahl von Kühlelementen verteilt werden.
• Der Wärmeverteiler speichert 10.000 eT und gleicht auch das Wärmeniveau benachbarter Elemente aus, verteilt jedoch nicht mehr als 6 eT/s an jedes Element. Außerdem verteilt es die Wärme mit bis zu 25 eT/s an den Körper weiter.
• Passive Kühlung.

• Jeder Luftblock, der den Reaktor in einem 3x3x3 großen Bereich um den Kernreaktor umgibt, kühlt das Gefäß um 0,25 eT/s, und jeder Wasserblock kühlt um 1 eT/s.
• Darüber hinaus wird der Reaktor selbst dank um 1 eT/s gekühlt internes System Belüftung.
• Jede weitere Reaktorkammer wird ebenfalls belüftet und kühlt das Gehäuse um weitere 2 eT/s.
• Wenn es jedoch Lavablöcke (Quellen oder Flüsse) in der 3x3x3-Zone gibt, dann reduzieren sie die Abkühlung des Rumpfes um 3 eT/s. Und ein brennendes Feuer im gleichen Bereich verringert die Abkühlung um 0,5 eT/s.

Wenn die Gesamtkühlung negativ ist, beträgt die Kühlung Null. Das heißt, der Reaktorbehälter wird nicht gekühlt.

• Notkühlung (bis Version 1.106).

Neben herkömmlichen Kühlsystemen gibt es „Notfall“-Kühler, die zur Notkühlung eines Reaktors (auch bei hoher Wärmeentwicklung) eingesetzt werden können:

• Ein im Kern platzierter Eimer Wasser kühlt den Kernreaktorbehälter um 250 eT, wenn er um mindestens 4.000 eT erhitzt wird.
• Eis kühlt den Körper um 300 eT ab, wenn er um mindestens 300 eT erhitzt wird.

Klassifizierung von Kernreaktoren

Kernreaktoren haben ihre eigene Klassifizierung: MK1, MK2, MK3, MK4 und MK5. Die Typen werden durch die Freisetzung von Wärme und Energie sowie einige andere Aspekte bestimmt. MK1 ist am sichersten, produziert aber am wenigsten Energie. Der MK5 erzeugt die meiste Energie mit der größten Explosionswahrscheinlichkeit.

MK1

Der sicherste Reaktortyp, der sich überhaupt nicht erwärmt und gleichzeitig die geringste Energiemenge produziert. In zwei Untertypen unterteilt: MK1A – derjenige, der unabhängig davon die Bedingungen der Klasse erfüllt Umfeld und MK1B – eines, das eine passive Kühlung erfordert, um den Klasse-1-Standards zu entsprechen.

MK2

Der optimalste Reaktortyp, der sich bei voller Leistung nicht um mehr als 8500 eT pro Zyklus erwärmt (die Zeit, in der sich der Brennstab vollständig entlädt, oder 10.000 Sekunden). Dies ist also der optimale Wärme-/Energie-Kompromiss. Für diese Reaktortypen gibt es auch eine separate Klassifizierung MK2x, wobei x die Anzahl der Zyklen ist, die der Reaktor ohne kritische Überhitzung betreiben kann. Die Zahl kann zwischen 1 (ein Zyklus) und E (16 Zyklen oder mehr) liegen. MK2-E ist der Standard unter allen Kernreaktoren, da er praktisch ewig existiert. (Das heißt, vor dem Ende des 16. Zyklus hat der Reaktor Zeit, auf 0 eT abzukühlen)

MK3

Ein Reaktor, der mindestens 1/10 laufen kann voller Zyklus ohne dass Wasser verdunstet/Blöcke schmelzen. Leistungsstärker als MK1 und MK2, erfordert jedoch zusätzliche Überwachung, da die Temperatur nach einiger Zeit ein kritisches Niveau erreichen kann.

MK4

Ein Reaktor, der mindestens 1/10 eines vollständigen Zyklus ohne Explosionen betreiben kann. Der leistungsstärkste Betriebstyp Kernreaktoren was die meiste Aufmerksamkeit erfordert. Erfordert ständige Aufsicht. Erstmals emittiert es etwa 200.000 bis 1.000.000 eE.

MK5

Kernreaktoren der Klasse 5 sind betriebsunfähig und werden hauptsächlich zum Nachweis der Tatsache verwendet, dass sie explodieren. Obwohl es möglich ist, einen funktionsfähigen Reaktor dieser Klasse zu bauen, hat dies keinen Sinn.

Zusätzliche Klassifizierung

Obwohl es bei Reaktoren bereits bis zu fünf Klassen gibt, werden Reaktoren manchmal in mehrere kleinere, aber wichtige Unterklassen hinsichtlich Kühlart, Effizienz und Leistung unterteilt.

Kühlung

-SUC(Einwegkühlmittel – einmalige Verwendung von Kühlelementen)

• Vor Version 1.106 deutete diese Markierung auf eine Notkühlung des Reaktors hin (mit Eimern voller Wasser oder Eis). Typischerweise werden solche Reaktoren selten oder gar nicht verwendet, da der Reaktor möglicherweise nicht sehr lange ohne Aufsicht betrieben wird. Dies wurde normalerweise für den Mk3 oder Mk4 verwendet.
• Nach Version 1.106 erschienen Thermokondensatoren. Die Unterklasse -SUC zeigt nun das Vorhandensein von thermischen Kondensatoren im Stromkreis an. Ihre Wärmekapazität lässt sich schnell wiederherstellen, dafür ist jedoch der Einsatz von rotem Staub oder Lapislazuli erforderlich.

Effizienz

Der Wirkungsgrad ist die durchschnittliche Anzahl der von den Brennstäben erzeugten Impulse. Grob gesagt ist dies die Anzahl der Millionen Energie, die durch den Betrieb des Reaktors gewonnen werden, geteilt durch die Anzahl der Brennstäbe. Bei Anreicherungsschaltungen wird jedoch ein Teil der Impulse für die Anreicherung aufgewendet, und in diesem Fall entspricht der Wirkungsgrad nicht ganz der empfangenen Energie und ist höher.

Doppel- und Vierfachbrennstäbe haben im Vergleich zu Einzelbrennstäben einen höheren Grundwirkungsgrad. Einzelne Brennstäbe erzeugen für sich genommen einen Impuls, doppelte – zwei, vierfache – drei. Befindet sich in einer der vier Nachbarzellen ein weiteres Brennelement, ein erschöpftes Brennelement oder ein Neutronenreflektor, dann erhöht sich die Anzahl der Impulse um eins, also um maximal 4 weitere. Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass der Wirkungsgrad nicht möglich ist kleiner als 1 oder größer als 7 sein.

Markierung	Bedeutung Effizienz
E.E.	=1
ED	>1 und<2
E.C.	≥2 und<3
E.B.	≥3 und<4
E.A.	≥4 und<5
EA+	≥5 und<6
EA++	≥6 und<7
EA*	=7

Andere Unterklassen

Manchmal werden in Reaktordiagrammen zusätzliche Buchstaben, Abkürzungen oder andere Symbole angezeigt. Obwohl diese Symbole verwendet werden (z. B. wurde die Unterklasse -SUC zuvor nicht offiziell registriert), erfreuen sie sich nicht großer Beliebtheit. Daher können Sie Ihren Reaktor sogar Mk9000-2 EA^ dzhigurda nennen, aber dieser Reaktortyp wird einfach nicht verstanden und als Witz angesehen.

Bau des Reaktors

Wir alle wissen, dass sich der Reaktor erhitzt und es plötzlich zu einer Explosion kommen kann. Und wir müssen es aus- und wieder einschalten. Im Folgenden wird beschrieben, wie Sie Ihr Zuhause schützen können und wie Sie das Beste aus einem Reaktor herausholen, der niemals explodiert. In diesem Fall sollten Sie bereits 6 Reaktorkammern installiert haben.

Blick auf den Reaktor mit Kammern. Kernreaktor im Inneren.

1. Decken Sie den Reaktor mit verstärktem Stein (5x5x5) ab.
2. Führen Sie eine passive Kühlung durch, d. h. füllen Sie den gesamten Reaktor mit Wasser. Füllen Sie es von oben, da das Wasser nach unten fließt. Mit diesem Schema wird der Reaktor um 33 eT pro Sekunde gekühlt.
3. Sorgen Sie dafür, dass die maximale Energiemenge mit Kühlstäben usw. erzeugt wird. Seien Sie vorsichtig, denn wenn auch nur ein einziger Wärmeverteiler falsch platziert wird, kann es zu einer Katastrophe kommen! (Das Diagramm wird für Versionen bis 1.106 angezeigt)
4. Um zu verhindern, dass unser MFE durch Hochspannung explodiert, installieren wir einen Transformator wie im Bild.

Mk-V EB-Reaktor

Viele Menschen wissen, dass Updates Veränderungen mit sich bringen. Eines dieser Updates umfasste neue Brennstäbe – Doppel- und Vierfachbrennstäbe. Das Diagramm oben passt nicht zu diesen Brennstäben. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Beschreibung der Herstellung eines ziemlich gefährlichen, aber wirksamen Reaktors. Um dies zu erreichen, benötigt IndustrialCraft 2 Nuclear Control. Dieser Reaktor füllte die MFSU und MFE in etwa 30 Minuten in Echtzeit. Leider handelt es sich hierbei um einen Reaktor der MK4-Klasse. Aber es erfüllte seine Aufgabe, indem es auf 6500 eT erhitzte. Es wird empfohlen, 6500 am Temperatursensor zu installieren und ein Alarm- und Notabschaltsystem an den Sensor anzuschließen. Wenn der Alarm länger als zwei Minuten ertönt, ist es besser, den Reaktor manuell auszuschalten. Der Aufbau ist derselbe wie oben. Lediglich der Standort der Komponenten wurde geändert.

Ausgangsleistung: 360 EU/t

Gesamt-EE: 72.000.000 EE

Generierungszeit: 10 Min. 26 Sek.

Nachladezeit: Unmöglich

Maximale Zyklen: 6,26 % Zyklus

Gesamtzeit: Nie

Das Wichtigste bei einem solchen Reaktor ist, ihn nicht explodieren zu lassen!

Mk-II-E-SUC Breeder EA+ Reaktor mit der Fähigkeit, abgereicherte Brennelemente anzureichern

Ein ziemlich effektiver, aber teurer Reaktortyp. Es erzeugt 720.000 eT pro Minute und die Kondensatoren erwärmen sich um 27/100. Ohne Kühlung der Kondensatoren hält der Reaktor daher 3-Minuten-Zyklen stand und der vierte wird ihn mit ziemlicher Sicherheit explodieren lassen. Es ist möglich, abgereicherte Brennelemente zur Anreicherung einzubauen. Es wird empfohlen, den Reaktor an eine Zeitschaltuhr anzuschließen und den Reaktor in einen „Sarkophag“ aus verstärktem Stein einzuschließen. Aufgrund der hohen Ausgangsspannung (600 EU/t) sind Hochspannungsleitungen und ein HV-Transformator erforderlich.

Ausgangsleistung: 600 EU/t

Gesamt-eE: 120.000.000 eE

Generationszeit: Voller Zyklus

Mk-I EB-Reaktor

Die Elemente heizen sich überhaupt nicht auf, 6 Vierfach-Brennstäbe funktionieren.

Ausgangsleistung: 360 EU/t

Gesamt-EE: 72.000.000 EE

Generationszeit: Voller Zyklus

Aufladezeit: Nicht erforderlich

Maximale Zyklen: Unendliche Anzahl

Gesamtzeit: 2 Stunden 46 Minuten 40 Sek.

Mk-I EA++-Reaktor

Geringer Stromverbrauch, aber sparsam im Rohstoffverbrauch und günstig in der Herstellung. Erfordert Neutronenreflektoren.

Ausgangsleistung: 60 EU/t

Gesamt-eE: 12.000.000 eE

Generationszeit: Voller Zyklus

Aufladezeit: Nicht erforderlich

Maximale Zyklen: Unendliche Anzahl

Gesamtzeit: 2 Stunden 46 Minuten 40 Sek.

Reaktor Mk-I EA*

Mittlere Leistung, aber relativ günstig und äußerst effizient. Erfordert Neutronenreflektoren.

Ausgangsleistung: 140 EU/t

Gesamt-EE: 28.000.000 EE

Generationszeit: Voller Zyklus

Aufladezeit: Nicht erforderlich

Maximale Zyklen: Unendliche Anzahl

Gesamtzeit: 2 Stunden 46 Minuten 40 Sek.

Mk-II-E-SUC Breeder EA+ Reaktor, Urananreicherung

Kompakter und günstig zu bauender Urananreicherer. Die sichere Betriebszeit beträgt 2 Minuten und 20 Sekunden. Danach wird empfohlen, Lapislazuli-Kondensatoren zu reparieren (Reparatur eines - 2 Lapislazuli + 1 Redstone), was eine ständige Überwachung des Reaktors erfordert. Aufgrund der ungleichmäßigen Anreicherung wird außerdem empfohlen, stark angereicherte Stäbe gegen schwach angereicherte auszutauschen. Gleichzeitig kann es 48.000.000 eE pro Zyklus erzeugen.

Ausgangsleistung: 240 EU/t

Gesamt-EE: 48.000.000 EE

Generationszeit: Voller Zyklus

Aufladezeit: Nicht erforderlich

Maximale Zyklen: Unendliche Anzahl

Gesamtzeit: 2 Stunden 46 Minuten 40 Sek.

Mk-I EC-Reaktor

„Raum“-Reaktor. Es hat eine geringe Leistung, ist aber sehr billig und absolut sicher – die gesamte Überwachung des Reaktors beschränkt sich auf den Austausch der Stäbe, da die Kühlung durch Belüftung die Wärmeerzeugung um das Zweifache übersteigt. Platzieren Sie ihn am besten in der Nähe der MFE/MFSU und konfigurieren Sie sie so, dass sie bei teilweiser Ladung ein Redstone-Signal aussenden (Emitting if semi full), sodass der Reaktor den Energiespeicher automatisch füllt und abschaltet, wenn er voll ist. Um alle Komponenten herzustellen, benötigen Sie 292 Kupfer, 102 Eisen, 24 Gold, 8 Redstone, 7 Gummi, 7 Zinn, 2 Einheiten leichter Staub und Lapislazuli sowie 6 Einheiten Uranerz. Es produziert 16 Millionen eU pro Zyklus.

Ausgangsleistung: 80 EU/t

Gesamt-EE: 32.000.000 EE

Generationszeit: Voller Zyklus

Aufladezeit: Nicht erforderlich

Maximale Zyklen: Unendliche Anzahl

Gesamtzeit: ca. 5 Stunden 33 Minuten. 00 Sek.

Reaktor-Timer

Reaktoren der Klassen MK3 und MK4 produzieren zwar in kurzer Zeit viel Energie, neigen jedoch dazu, unbeaufsichtigt zu explodieren. Aber mit Hilfe einer Zeitschaltuhr können Sie selbst diese kapriziösen Reaktoren ohne kritische Überhitzung zum Laufen bringen und Ihnen die Möglichkeit geben, unterwegs zu sein, um beispielsweise Sand für Ihre Kakteenfarm auszugraben. Hier sind drei Beispiele für Timer:

• Timer bestehend aus einem Spender, einem Holzknopf und Pfeilen (Abb. 1). Ein abgefeuerter Pfeil ist eine Essenz, seine Lebensdauer beträgt 1 Minute. Wenn man einen Holzknopf mit einem darin steckenden Pfeil an den Reaktor anschließt, funktioniert er ca. 1 Minute lang. 1,5 Sek. Am besten öffnet man den Zugang mit einem Holzknopf, dann kann der Reaktor dringend gestoppt werden. Gleichzeitig wird der Pfeilverbrauch reduziert, denn wenn der Spender an einen anderen Knopf als einen Holzknopf angeschlossen ist, gibt der Spender nach dem Drücken aufgrund des Mehrfachsignals 3 Pfeile auf einmal frei.
• Zeitschaltuhr mit Druckplatte aus Holz (Abb. 2). Die hölzerne Druckplatte reagiert, wenn ein Gegenstand darauf fällt. Abgelegte Gegenstände haben eine „Lebensdauer“ von 5 Minuten (in SMP kann es aufgrund von Ping zu Abweichungen kommen), und wenn Sie die Platte an den Reaktor anschließen, funktioniert sie ~5 Minuten lang. 1 Sek. Wenn Sie viele Timer erstellen, können Sie diesen Timer an die erste Stelle in der Kette setzen, um keinen Verteiler zu installieren. Dann wird die gesamte Timerkette ausgelöst, indem der Spieler einen Gegenstand auf die Druckplatte wirft.
• Repeater-Timer (Abb. 3). Ein Repeater-Timer kann zur Feinabstimmung der Verzögerung eines Reaktors verwendet werden. Dies ist jedoch sehr umständlich und erfordert eine große Menge an Ressourcen, um auch nur eine kleine Verzögerung zu erzeugen. Der Timer selbst ist eine Signalunterstützungsleitung (10.6). Wie Sie sehen, nimmt es viel Platz ein und die Signalverzögerung beträgt 1,2 Sekunden. Es sind bis zu 7 Repeater erforderlich (21

  Passive Kühlung (bis Version 1.106)

  Die Grundkühlung des Reaktors selbst beträgt 1. Als nächstes wird der 3x3x3-Bereich um den Reaktor herum überprüft. Jede Reaktorkammer erhöht die Kühlung um 2. Ein Block mit Wasser (Quelle oder Strömung) erhöht die Kühlung um 1. Ein Block mit Lava (Quelle oder Strömung) verringert sich um 3. Blöcke mit Luft und Feuer werden separat gezählt. Sie tragen zur Kühlung bei (Anzahl der Luftblöcke – 2×Anzahl der Feuerblöcke)/4(Wenn das Ergebnis der Division keine ganze Zahl ist, wird der Bruchteil verworfen). Wenn die Gesamtkühlung kleiner als 0 ist, wird sie als gleich 0 betrachtet.
  Das heißt, der Reaktorbehälter kann sich aufgrund äußerer Faktoren nicht erwärmen. Im schlimmsten Fall kühlt es aufgrund der passiven Kühlung einfach nicht.

  Temperatur

  Bei hohen Temperaturen beginnt der Reaktor negative Auswirkungen auf die Umwelt zu haben. Dieser Effekt hängt vom Heizkoeffizienten ab. Heizfaktor = Aktuelle Reaktorgefäßtemperatur/Maximaltemperatur, Wo Maximale Reaktortemperatur = 10000 + 1000 * Anzahl der Reaktorkammern + 100 * Anzahl der Thermoplatten im Reaktor.
  Wenn der Heizkoeffizient:

  • <0,4 - никаких последствий нет.
  • >=0,4 - es besteht eine Chance 1,5×(Heizkoeffizient -0,4) dass ein zufälliger Block in der Zone ausgewählt wird 5x5x5, und wenn es sich um einen brennbaren Block handelt, wie zum Beispiel Blätter, einen Holzblock, Wolle oder ein Bett, dann brennt es.
  Das heißt, bei einem Heizkoeffizienten von 0,4 sind die Chancen gleich Null, bei einem Heizkoeffizienten von 0,67 liegt die Wahrscheinlichkeit über 100 %.
  • Wenn es sich um einen zentralen Block (den Reaktor selbst) oder einen Grundgesteinsblock handelt, gibt es keine Auswirkung.
  • Steinblöcke (einschließlich Stufen und Erz), Eisenblöcke (einschließlich Reaktorblöcke), Lava, Erde und Ton werden in einen Lavastrom verwandelt.
  • Wenn es sich um einen Luftblock handelt, wird versucht, an seiner Stelle ein Feuer zu entfachen (wenn keine festen Blöcke in der Nähe sind, wird das Feuer nicht erscheinen).
  • Die restlichen Blöcke (einschließlich Wasser) werden verdunsten und an ihrer Stelle wird auch versucht, ein Feuer anzuzünden.
  • >=1 – Explosion! Die Grundexplosionskraft beträgt 10. Jedes Brennelement im Reaktor erhöht die Explosionskraft um 3 Einheiten und jede Reaktorverkleidung verringert sie um eins. Außerdem ist die Explosionskraft auf maximal 45 Einheiten begrenzt. In Bezug auf die Anzahl der abgeworfenen Blöcke ähnelt diese Explosion einer Atombombe; 99 % der Blöcke werden nach der Explosion zerstört, und der Abwurf beträgt nur 1 %.

  Berechnung der Erwärmung oder schwach angereicherter Brennelemente, dann erwärmt sich der Reaktorbehälter um 1 eT.

• Wenn es sich um einen Eimer Wasser handelt und die Temperatur des Reaktorbehälters mehr als 4000 eT beträgt, wird der Behälter um 250 eT abgekühlt und der Eimer Wasser durch einen leeren Eimer ersetzt.
• Wenn es sich um einen Lavakübel handelt, wird der Reaktorbehälter um 2000 eT erhitzt und der Lavakübel durch einen leeren Eimer ersetzt.
• Wenn es sich um einen Eisblock handelt und die Temperatur des Gehäuses mehr als 300 eT beträgt, wird das Gehäuse um 300 eT abgekühlt und die Eismenge um 1 reduziert. Das heißt, der gesamte Eisstapel verdunstet nicht auf einmal.
• Handelt es sich um einen Heatspreader, so erfolgt folgende Berechnung:
  • Es werden 4 benachbarte Zellen in der folgenden Reihenfolge überprüft: links, rechts, oben und unten.

Wenn sie über eine Kühlkapsel oder ein Reaktorgehäuse verfügen, wird die Wärmebilanz berechnet. Balance=(Temperatur des Wärmeverteilers – Temperatur des angrenzenden Elements)/2

1. Wenn der Saldo größer als 6 ist, ist er gleich 6.
2. Handelt es sich bei dem angrenzenden Element um eine Kühlkapsel, so erwärmt sich diese auf den berechneten Bilanzwert.
3. Handelt es sich um die Reaktorhülle, wird zusätzlich eine Berechnung des Wärmeübergangs durchgeführt.

• Wenn sich in der Nähe dieser Platte keine Kühlkapseln befinden, erwärmt sich die Platte auf den Wert des berechneten Gleichgewichts (Wärme fließt nicht vom Wärmeverteiler durch die Wärmeplatte zu anderen Elementen).
• Sind Kühlkapseln vorhanden, so wird geprüft, ob die Wärmebilanz durch deren Anzahl ohne Rest teilbar ist. Wenn es sich nicht teilt, erhöht sich die Wärmebilanz um 1 eT und die Platte wird um 1 eT abgekühlt, bis sie sich vollständig teilt. Wenn jedoch die Reaktorhülle abgekühlt ist und sich die Bilanz nicht vollständig aufteilt, dann erwärmt sie sich und die Bilanz verringert sich, bis sie beginnt, sich vollständig zu teilen.
• Und dementsprechend werden diese Elemente auf eine Temperatur erhitzt, die gleich ist Restbetrag/Menge.

1. Es wird modulo berechnet, und wenn es größer als 6 ist, ist es gleich 6.
2. Der Heatspreader erwärmt sich auf den Gleichgewichtswert.
3. Das benachbarte Element wird um den Ausgleichswert gekühlt.

• Es wird der Wärmehaushalt zwischen Wärmeverteiler und Gehäuse berechnet.

Balance=(Wärmeverteilertemperatur-Gehäusetemperatur+1)/2 (Wenn das Ergebnis der Division keine ganze Zahl ist, wird der Bruchteil verworfen)

• Wenn der Saldo positiv ist, dann:

1. Wenn der Saldo mehr als 25 beträgt, ist er gleich 25.
2. Der Heatspreader wird um den berechneten Bilanzwert gekühlt.
3. Der Reaktorbehälter wird auf den berechneten Bilanzwert erhitzt.

• Wenn der Saldo negativ ist, dann:

1. Es wird modulo berechnet und wenn sich herausstellt, dass es mehr als 25 ist, ist es gleich 25.
2. Der Heatspreader heizt auf den berechneten Bilanzwert auf.
3. Der Reaktorbehälter wird auf den berechneten Bilanzwert abgekühlt.

• Wenn es sich um einen Brennstab handelt und der Reaktor nicht vom roten Staubsignal übertönt wird, werden folgende Berechnungen durchgeführt:

Die Anzahl der Impulse, die für einen bestimmten Stab Energie erzeugen, wird gezählt. Anzahl der Impulse = 1 + Anzahl benachbarter Uranstäbe. Benachbarte sind diejenigen, die sich in den Schlitzen rechts, links, oben und unten befinden. Die vom Stab erzeugte Energiemenge wird berechnet. Energiemenge (eE/t) = 10×Anzahl der Impulse. eE/t – Energieeinheit pro Zyklus (1/20 Sekunde) Befindet sich neben dem Uranstab ein abgereichertes Brennelement, erhöht sich die Anzahl der Impulse um deren Anzahl. Das heißt Anzahl der Impulse = 1 + Anzahl benachbarter Uranstäbe + Anzahl benachbarter abgereicherter Brennstäbe

• .
• Auch diese benachbarten abgereicherten Brennelemente werden überprüft und mit einiger Wahrscheinlichkeit um zwei Einheiten angereichert.
• Darüber hinaus hängt die Wahrscheinlichkeit einer Anreicherung von der Temperatur des Gehäuses ab und davon, ob die Temperatur:
• weniger als 3000 – Chance 1/8 (12,5 %);

von 3000 und weniger als 6000 - 1/4 (25 %); von 6000 und weniger als 9000 - 1/2 (50 %); 9000 oder höher – 1 (100 %).

• Wenn ein erschöpftes Brennelement einen Anreicherungswert von 10.000 Einheiten erreicht, wird es zu einem gering angereicherten Brennelement.
• Weiter
• für jeden Puls
• Die Wärmeentwicklung wird berechnet. Das heißt, die Berechnung wird so oft durchgeführt, wie Impulse vorhanden sind.
• Gezählt wird die Anzahl der Kühlelemente (Kühlkapseln, Thermoplatten und Wärmeverteiler) neben dem Uranstab.

Wenn dort außerdem Wärmeplatten vorhanden sind, wird auch die Energie neu verteilt. Doch anders als im ersten Fall können die Platten neben dem Uranstab die Wärme sowohl an die Kühlkapseln als auch an die nachfolgenden Thermoplatten verteilen. Und die nachfolgenden Thermoplatten können die Wärme nur noch an die Kühlstäbe weiter verteilen.

TVEL reduziert seine Haltbarkeit um 1 (ursprünglich beträgt sie 10.000), und wenn sie 0 erreicht, wird sie zerstört.

Darüber hinaus besteht eine Wahrscheinlichkeit von 1/3, dass bei Zerstörung ein erschöpfter Brennstab zurückbleibt.

Berechnungsbeispiel

Es gibt Programme, die diese Schaltungen berechnen. Für zuverlässigere Berechnungen und ein besseres Verständnis des Prozesses lohnt sich deren Nutzung.

Nehmen wir als Beispiel dieses Schema mit drei Uranstäben.

Die Zahlen geben die Reihenfolge der Berechnung der Elemente in diesem Schema an, und wir werden zur Bezeichnung der Elemente dieselben Zahlen verwenden, um Verwirrung zu vermeiden.

• Berechnen wir zum Beispiel die Wärmeverteilung in der ersten und zweiten Sekunde. Wir gehen davon aus, dass zunächst keine Erwärmung der Elemente erfolgt, die passive Kühlung maximal ist (33 eT) und die Kühlung der Thermoplatten werden wir nicht berücksichtigen.
• Erster Schritt.
• Die Temperatur des Reaktorbehälters beträgt 0 eT.
• 1 - Das Reaktorgehäuse (RP) ist noch nicht erhitzt.
• 2 – Die Kühlkapsel (OxC) ist noch nicht erhitzt und kühlt in diesem Schritt nicht mehr (0 eT).
• 3 – TVEL weist dem 1. TP (0 eT) 8 eT (2 Zyklen mit jeweils 4 eT) zu, wodurch es auf 8 eT erhitzt wird, und dem 2. OxC (0 eT), wodurch es auf 8 eT erhitzt wird.

4 – OxC ist noch nicht erhitzt und in diesem Schritt findet keine Kühlung statt (0 eT).

• 5 – Der noch nicht erhitzte Wärmeverteiler (HR) gleicht die Temperatur mit 2 mOxC (8 eT) aus. Es kühlt es auf 4 eT ab und erwärmt es auf 4 eT.
• Als nächstes gleicht der 5. TP (4 eT) die Temperatur beim 10. OxC (0 eT) aus. Es wird auf 2 eT erhitzt und auf 2 eT abgekühlt.
• Als nächstes gleicht der 5. TP (2 eT) die Körpertemperatur (0 eT) aus und ergibt 1 eT. Das Gehäuse erwärmt sich auf 1 eT und der TP kühlt auf 1 eT ab.

Als nächstes gleicht der 8. TP (6 eT) die Temperatur am 9. OxC (0 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf 3 eT und kühlt sich selbst auf 3 eT ab.

• Als nächstes gleicht der 8. TP (3 eT) die Temperatur am 4. OxC (0 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf 1 eT und kühlt sich selbst auf 2 eT ab.
• Als nächstes gleicht der 8. TP (2 eT) die Temperatur beim 12. OxC (0 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf 1 eT und kühlt sich selbst auf 1 eT ab.
• Als nächstes gleicht der 8. TR (1 eT) die Temperatur des Reaktorbehälters (1 eT) aus. Da es keinen Temperaturunterschied gibt, passiert nichts.

9 – OxC (3 eT) kühlt auf 2 eT ab.

10 – OxC (2 eT) kühlt auf 1 eT ab.

• 11 – TVEL weist dem 10. OxC (1 eT) 8 eT (2 Zyklen mit jeweils 4 eT) zu, wodurch es auf 9 eT erhitzt wird, und dem 13. TP (0 eT), wodurch es auf 8 eT erhitzt wird.
• In der Abbildung zeigen rote Pfeile die Erwärmung durch Uranstäbe, blaue Pfeile den Wärmeausgleich durch Wärmeverteiler, gelbe Pfeile die Energieverteilung zum Reaktorbehälter, braune Pfeile die endgültige Erwärmung der Elemente in diesem Schritt und blaue Pfeile die Kühlung für Kühlkapseln . Die Zahlen in der oberen rechten Ecke zeigen die Enderwärmung und bei Uranstäben die Betriebszeit.
• Abschließendes Erhitzen nach dem ersten Schritt:
• Reaktorbehälter - 1 eT
• 1TP - 8 eT
• 2ОхС - 4еТ
• 4ОхС - 1еТ
• 5TP - 13 eT
• 7TP - 6 eT
• 8TP - 1 eT
• 9ОхС - 2еТ

10ОхС - 9еТ

• 12ОхС - 0еТ
• 13TP - 8 eT
• Zweiter Schritt.
• Der Reaktorbehälter kühlt auf 0 eT ab.
• 1 - TP, Kühlung nicht berücksichtigen.
• 2 – OxC (4 eT) kühlt auf 3 eT ab.

3 – TVEL weist dem 1. TP (8 eT) 8 eT (2 Zyklen mit jeweils 4 eT) zu, wodurch es auf 16 eT erhitzt wird, und dem 2. OxC (3 eT), wodurch es auf 11 eT erhitzt wird.

• 4 – OxC (1 eT) kühlt auf 0 eT ab.
• 5 - TP (13 eT) gleicht die Temperatur mit 2m OxC (11 eT) aus. Es wird auf 12 eT erhitzt und auf 12 eT abgekühlt.
• Als nächstes gleicht der 5. TP (12 eT) die Temperatur beim 10. OxC (9 eT) aus. Es wird auf 10 eT erhitzt und auf 11 eT abgekühlt.

Als nächstes gleicht der 8. TP (7 eT) die Temperatur am 9. OxC (2 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf bis zu 4 eT und kühlt sich selbst auf 5 eT ab.

• Als nächstes gleicht der 8. TP (5 eT) die Temperatur am 4. OxC (0 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf 2 eT und kühlt sich selbst auf 3 eT ab.
• Als nächstes gleicht der 8. TP (3 eT) die Temperatur beim 12. OxC (0 eT) aus. Dadurch erwärmt es sich auf 1 eT und kühlt sich selbst auf 2 eT ab.
• Als nächstes gleicht der 8. TR (2 eT) die Temperatur des Reaktorbehälters (6 eT) aus und entnimmt ihm 2 eT. Das Gehäuse kühlt auf 4 eT ab und der 8. TP erwärmt sich auf 4 eT.
• 9 – OxC (4 eT) kühlt auf 3 eT ab.
• 10 – OxC (10 eT) kühlt auf 9 eT ab.

11 – TVEL weist dem 10. OxC (9 eT) 8 eT (2 Zyklen mit jeweils 4 eT) zu, wodurch es auf 17 eT erhitzt wird, und dem 13. TP (8 eT), wodurch es auf 16 eT erhitzt wird.

• 12 – OxC (1 eT) kühlt auf 0 eT ab.
• 13 - TP (8 eT), Kühlung nicht berücksichtigen.
• Abschließendes Erhitzen nach dem zweiten Schritt:
• Reaktorbehälter - 4 eT
• 1TP - 16 eT
• 2ОхС - 12 eT
• 4ОхС - 2еТ
• 5TP - 17 eT
• 7TP - 12 eT
• 8TP - 1 eT
• 8TP - 4 eT

9ОхС - 3еТ

10ОхС - 17еТ

13TP - 16 eT

Eine Spaltkettenreaktion geht immer mit der Freisetzung enormer Energie einher. Die praktische Nutzung dieser Energie ist die Hauptaufgabe eines Kernreaktors.

Ein Kernreaktor ist ein Gerät, in dem eine kontrollierte oder kontrollierte Kernspaltungsreaktion stattfindet.

• Basierend auf dem Funktionsprinzip werden Kernreaktoren in zwei Gruppen eingeteilt: thermische Neutronenreaktoren und schnelle Neutronenreaktoren.
• Wie funktioniert ein Kernreaktor mit thermischen Neutronen?
• Ein typischer Kernreaktor verfügt über:
• Kern und Moderator;
• Neutronenreflektor;
• Kühlmittel;

Kettenreaktionskontrollsystem, Notfallschutz;

Kontroll- und Strahlenschutzsystem;

Fernbedienungssystem.

1 - aktive Zone; 2 - Reflektor; 3 - Schutz; 4 - Steuerstäbe; 5 - Kühlmittel; 6 - Pumpen; 7 - Wärmetauscher; 8 - Turbine; 9 - Generator; 10 - Kondensator.

Kern und Moderator Im Kern findet eine kontrollierte Spaltungskettenreaktion statt. Die meisten Kernreaktoren werden mit schweren Isotopen von Uran-235 betrieben. In natürlichen Uranerzproben beträgt sein Gehalt jedoch nur 0,72 %. Diese Konzentration reicht nicht aus, um eine Kettenreaktion auszulösen. Daher wird das Erz künstlich angereichert, sodass der Gehalt dieses Isotops auf 3 % steigt.

Spaltbares Material oder Kernbrennstoff wird in Form von Tabletten in hermetisch verschlossene Stäbe, sogenannte Brennstäbe (Brennelemente), eingefüllt. Sie durchdringen die gesamte aktive Zone, gefüllt mit

Tatsache ist, dass die nach dem Zerfall von Uran-235-Kernen entstehenden Neutronen eine sehr hohe Geschwindigkeit haben. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie von anderen Urankernen eingefangen werden, ist hundertmal geringer als die Wahrscheinlichkeit, dass langsame Neutronen eingefangen werden. Und wenn ihre Geschwindigkeit nicht verringert wird, kann die Kernreaktion mit der Zeit absterben. Der Moderator löst das Problem der Reduzierung der Neutronengeschwindigkeit. Bringt man schnellen Neutronen Wasser oder Graphit in den Weg, kann deren Geschwindigkeit künstlich verringert und so die Zahl der von Atomen eingefangenen Teilchen erhöht werden. Gleichzeitig wird für eine Kettenreaktion im Reaktor weniger Kernbrennstoff benötigt.

Als Folge des Verlangsamungsprozesses thermische Neutronen, dessen Geschwindigkeit nahezu der Geschwindigkeit der thermischen Bewegung von Gasmolekülen bei Raumtemperatur entspricht.

Als Moderator in Kernreaktoren werden Wasser, schweres Wasser (Deuteriumoxid D 2 O), Beryllium und Graphit verwendet. Der beste Moderator ist jedoch schweres Wasser D2O.

Neutronenreflektor

Um den Austritt von Neutronen in die Umwelt zu vermeiden, ist der Kern eines Kernreaktors umgeben Neutronenreflektor. Bei Reflektoren wird häufig das gleiche Material wie bei Moderatoren verwendet.

Kühlmittel

Die bei einer Kernreaktion freigesetzte Wärme wird mithilfe eines Kühlmittels abgeführt. Als Kühlmittel in Kernreaktoren wird häufig normales natürliches Wasser verwendet, das zuvor von verschiedenen Verunreinigungen und Gasen gereinigt wurde. Da Wasser jedoch bereits bei einer Temperatur von 100 0 C und einem Druck von 1 atm siedet, wird zur Erhöhung des Siedepunkts der Druck im primären Kühlmittelkreislauf erhöht. Das durch den Reaktorkern zirkulierende Wasser des Primärkreislaufs wäscht die Brennstäbe und erwärmt sich dabei auf eine Temperatur von 320 °C. Anschließend gibt es im Wärmetauscher Wärme an das Wasser des Sekundärkreislaufs ab. Der Austausch erfolgt über Wärmetauscherrohre, sodass kein Kontakt mit dem Sekundärkreislaufwasser besteht. Dadurch wird verhindert, dass radioaktive Stoffe in den zweiten Kreislauf des Wärmetauschers gelangen.

Und dann passiert alles wie in einem Wärmekraftwerk. Wasser im zweiten Kreislauf wird in Dampf umgewandelt. Der Dampf dreht eine Turbine, die einen elektrischen Generator antreibt, der elektrischen Strom erzeugt.

In Schwerwasserreaktoren ist das Kühlmittel schweres Wasser D2O und in Reaktoren mit flüssigen Metallkühlmitteln ist es geschmolzenes Metall.

Kettenreaktionskontrollsystem

Der aktuelle Zustand des Reaktors wird durch eine Größe charakterisiert Reaktivität.

ρ = ( k -1)/ k ,

k = n ich / n i -1 ,

Wo k – Neutronenmultiplikationsfaktor,

n i - die Anzahl der Neutronen der nächsten Generation bei der Kernspaltungsreaktion,

n i -1 , - die Anzahl der Neutronen der vorherigen Generation in derselben Reaktion.

Wenn k ˃ 1 , die Kettenreaktion wächst, das System heißt überkritisch j. Wenn k< 1 , die Kettenreaktion erlischt und das System wird aufgerufen unterkritisch. Bei k = 1 Der Reaktor ist drin stabiler kritischer Zustand, da sich die Anzahl der spaltbaren Kerne nicht ändert. In diesem Zustand Reaktivität ρ = 0 .

Der kritische Zustand des Reaktors (der erforderliche Neutronenvervielfachungsfaktor in einem Kernreaktor) wird durch Bewegung aufrechterhalten Steuerstangen. Das Material, aus dem sie hergestellt sind, enthält neutronenabsorbierende Substanzen. Durch Ausfahren oder Einschieben dieser Stäbe in den Kern wird die Geschwindigkeit der Kernspaltungsreaktion gesteuert.

Das Steuerungssystem ermöglicht die Steuerung des Reaktors während des Anlaufs, der geplanten Abschaltung, des Betriebs unter Strom sowie des Notfallschutzes des Kernreaktors. Dies wird durch eine Veränderung der Position der Steuerstäbe erreicht.

Wenn einer der Reaktorparameter (Temperatur, Druck, Leistungsanstiegsgeschwindigkeit, Brennstoffverbrauch usw.) von der Norm abweicht, kann dies zu einem besonderen Unfall führen Notstangen und die Kernreaktion hört schnell auf.

Stellen Sie sicher, dass die Reaktorparameter den Standards entsprechen Kontroll- und Strahlenschutzsysteme.

Um die Umwelt vor radioaktiver Strahlung zu schützen, wird der Reaktor in eine dicke Betonhülle eingebaut.

Fernbedienungssysteme

Alle Signale über den Zustand des Kernreaktors (Kühlmitteltemperatur, Strahlungsniveau in verschiedenen Teilen des Reaktors usw.) werden an die Reaktorsteuertafel gesendet und in Computersystemen verarbeitet. Der Betreiber erhält alle notwendigen Informationen und Empfehlungen zur Beseitigung bestimmter Abweichungen.

Schnelle Reaktoren

Der Unterschied zwischen Reaktoren dieses Typs und thermischen Neutronenreaktoren besteht darin, dass schnelle Neutronen, die nach dem Zerfall von Uran-235 entstehen, nicht abgebremst, sondern von Uran-238 absorbiert und anschließend in Plutonium-239 umgewandelt werden. Daher werden schnelle Neutronenreaktoren zur Erzeugung von waffenfähigem Plutonium-239 und thermischer Energie eingesetzt, die von Kernkraftwerksgeneratoren in elektrische Energie umgewandelt wird.

Der Kernbrennstoff in solchen Reaktoren ist Uran-238 und der Rohstoff ist Uran-235.

Im natürlichen Uranerz sind 99,2745 % Uran-238. Wenn ein thermisches Neutron absorbiert wird, spaltet es sich nicht, sondern wird zu einem Isotop von Uran-239.

Einige Zeit nach dem β-Zerfall wandelt sich Uran-239 in einen Neptunium-239-Kern um:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

Nach dem zweiten β-Zerfall entsteht spaltbares Plutonium-239:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

Und schließlich wird nach dem Alpha-Zerfall des Plutonium-239-Kerns Uran-235 erhalten:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

Im Reaktorkern befinden sich Brennstäbe mit Rohstoffen (angereichertes Uran-235). Diese Zone ist von einer Brutzone umgeben, die aus Brennstäben mit Brennstoff (abgereichertes Uran-238) besteht. Schnelle Neutronen, die nach dem Zerfall von Uran-235 aus dem Kern emittiert werden, werden von Uran-238-Kernen eingefangen. Dadurch entsteht Plutonium-239. So wird in schnellen Neutronenreaktoren neuer Kernbrennstoff erzeugt.

Flüssige Metalle oder Mischungen davon werden als Kühlmittel in Kernreaktoren für schnelle Neutronen verwendet.

Klassifizierung und Anwendung von Kernreaktoren

Kernreaktoren werden hauptsächlich in Kernkraftwerken eingesetzt. Mit ihrer Hilfe wird elektrische und thermische Energie im industriellen Maßstab erzeugt. Solche Reaktoren werden genannt Energie .

Kernreaktoren werden häufig in den Antriebssystemen moderner Atom-U-Boote, Überwasserschiffe und in der Raumfahrttechnik eingesetzt. Sie versorgen Motoren mit elektrischer Energie und heißen Transportreaktoren .

Für wissenschaftliche Forschungen auf dem Gebiet der Kernphysik und Strahlenchemie werden Neutronen- und Gammaquantenflüsse genutzt, die im Kern gewonnen werden Forschungsreaktoren. Die von ihnen erzeugte Energie übersteigt nicht 100 MW und wird nicht für industrielle Zwecke genutzt.

Leistung experimentelle Reaktoren noch weniger. Sie erreicht einen Wert von nur wenigen kW. Diese Reaktoren untersuchen verschiedene physikalische Größen, deren Bedeutung für die Gestaltung von Kernreaktionen wichtig ist.

ZU Industriereaktoren Dazu gehören Reaktoren zur Herstellung radioaktiver Isotope für medizinische Zwecke sowie in verschiedenen Bereichen der Industrie und Technologie. Meerwasserentsalzungsreaktoren werden auch als Industriereaktoren klassifiziert.

Kernreaktoren haben eine Aufgabe: Atome in einer kontrollierten Reaktion zu spalten und die freigesetzte Energie zur Stromerzeugung zu nutzen. Viele Jahre lang galten Reaktoren als Wunder und Bedrohung zugleich.

Als 1956 der erste kommerzielle US-Reaktor in Shippingport, Pennsylvania, ans Netz ging, wurde die Technologie als Energiequelle der Zukunft gefeiert, und einige glaubten, dass die Reaktoren die Stromerzeugung zu billig machen würden. Mittlerweile sind weltweit 442 Kernreaktoren gebaut, etwa ein Viertel davon steht in den USA. Die Welt ist von Kernreaktoren abhängig geworden, die 14 Prozent ihres Stroms produzieren. Futuristen träumten sogar von Atomautos.

Als es 1979 im Reaktorblock 2 des Kraftwerks Three Mile Island in Pennsylvania zu einem Ausfall des Kühlsystems und einer teilweisen Kernschmelze des radioaktiven Brennstoffs kam, änderte sich die positive Einstellung gegenüber Reaktoren radikal. Obwohl der zerstörte Reaktor eingedämmt war und keine ernsthafte Strahlung ausstieß, begannen viele Menschen, die Reaktoren als zu komplex und anfällig zu betrachten, mit möglicherweise katastrophalen Folgen. Die Menschen waren auch besorgt über radioaktive Abfälle aus den Reaktoren. Infolgedessen ist der Bau neuer Kernkraftwerke in den Vereinigten Staaten ins Stocken geraten. Als sich 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl in der Sowjetunion ein schwerwiegenderer Unfall ereignete, schien die Atomkraft dem Untergang geweiht.

Doch Anfang der 2000er Jahre erlebten Kernreaktoren ein Comeback, was auf den steigenden Energiebedarf und die schwindenden Vorräte an fossilen Brennstoffen sowie auf die wachsende Besorgnis über den Klimawandel aufgrund von Kohlendioxidemissionen zurückzuführen war.

Doch im März 2011 kam es zu einer weiteren Krise – dieses Mal wurde das japanische Kernkraftwerk Fukushima 1 durch ein Erdbeben schwer beschädigt.

Nutzung der Kernreaktion

Einfach ausgedrückt spaltet ein Kernreaktor Atome und setzt die Energie frei, die ihre Teile zusammenhält.

Wenn Sie die Physik an der High School vergessen haben, erinnern wir Sie daran, wie das geht Kernspaltung funktioniert. Atome sind wie winzige Sonnensysteme mit einem Kern wie die Sonne und Elektronen wie Planeten, die ihn umkreisen. Der Kern besteht aus Teilchen, den sogenannten Protonen und Neutronen, die miteinander verbunden sind. Die Kraft, die die Elemente des Kerns verbindet, kann man sich kaum vorstellen. Sie ist viele Milliarden Mal stärker als die Schwerkraft. Trotz dieser enormen Kraft ist es möglich, einen Kern zu spalten – indem Neutronen auf ihn geschossen werden. Dabei wird viel Energie freigesetzt. Wenn Atome zerfallen, prallen ihre Teilchen auf benachbarte Atome und spalten sie, und diese wiederum sind die nächsten und nächsten und nächsten. Es gibt ein sogenanntes Kettenreaktion.

Uran, ein Element mit großen Atomen, ist ideal für den Spaltungsprozess, da die Kraft, die die Teilchen seines Kerns bindet, im Vergleich zu anderen Elementen relativ schwach ist. Kernreaktoren verwenden ein bestimmtes Isotop namens Uran-235 . Uran-235 ist in der Natur selten; Erze aus Uranminen enthalten nur etwa 0,7 % Uran-235. Aus diesem Grund werden Reaktoren eingesetzt angereichertUWunden, das durch die Abtrennung und Konzentration von Uran-235 durch einen Gasdiffusionsprozess entsteht.

Bei einer Atombombe kann ein Kettenreaktionsprozess entstehen, ähnlich dem, der während des Zweiten Weltkriegs auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurde. Doch in einem Kernreaktor wird die Kettenreaktion durch den Einbau von Steuerstäben aus Materialien wie Cadmium, Hafnium oder Bor kontrolliert, die einen Teil der Neutronen absorbieren. Dadurch kann der Spaltungsprozess immer noch genügend Energie freisetzen, um das Wasser auf etwa 270 Grad Celsius zu erhitzen und in Dampf umzuwandeln, der zum Drehen der Turbinen des Kraftwerks und zur Stromerzeugung verwendet wird. Im Grunde funktioniert in diesem Fall eine kontrollierte Atombombe anstelle von Kohle, um Strom zu erzeugen, mit der Ausnahme, dass die Energie zum Kochen des Wassers aus der Spaltung von Atomen und nicht aus der Verbrennung von Kohlenstoff stammt.

Kernreaktorkomponenten

Es gibt verschiedene Arten von Kernreaktoren, die jedoch alle einige gemeinsame Merkmale aufweisen. Sie alle verfügen über einen Vorrat an radioaktiven Brennstoffpellets – meist Uranoxid – die in Röhren angeordnet sind, um darin Brennstäbe zu bilden aktive ZoneneReaktor.

Der Reaktor verfügt auch über die zuvor erwähnten ManagereStangeUnd- aus einem neutronenabsorbierenden Material wie Cadmium, Hafnium oder Bor, das eingesetzt wird, um eine Reaktion zu kontrollieren oder zu stoppen.

Der Reaktor hat auch Moderator, eine Substanz, die Neutronen verlangsamt und dabei hilft, den Spaltungsprozess zu kontrollieren. Die meisten Reaktoren in den Vereinigten Staaten verwenden normales Wasser, aber Reaktoren in anderen Ländern verwenden manchmal Graphit oder schwerWowWasserbei, bei dem Wasserstoff durch Deuterium ersetzt wird, ein Wasserstoffisotop mit einem Proton und einem Neutron. Ein weiterer wichtiger Teil des Systems ist KühlungOhflüssigB, normalerweise gewöhnliches Wasser, das Wärme aus dem Reaktor aufnimmt und überträgt, um Dampf zu erzeugen, der die Turbine dreht und den Reaktorbereich kühlt, sodass er nicht die Temperatur erreicht, bei der das Uran schmilzt (etwa 3815 Grad Celsius).

Abschließend wird der Reaktor eingehaust Muschelnbei, ein großes, schweres, meist mehrere Meter dickes Bauwerk aus Stahl und Beton, das radioaktive Gase und Flüssigkeiten im Inneren hält, wo sie niemandem schaden können.

Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Reaktorkonstruktionen, aber eine der gebräuchlichsten ist Druckwasserreaktor (WWER). In einem solchen Reaktor wird Wasser in Kontakt mit dem Kern gezwungen und verbleibt dort unter einem solchen Druck, dass es sich nicht in Dampf verwandeln kann. Dieses Wasser kommt dann im Dampferzeuger mit drucklosem Wasser in Kontakt, das sich in Dampf verwandelt, der die Turbinen antreibt. Es gibt auch ein Design Hochleistungskanalreaktor (RBMK) mit einem Wasserkreislauf und schneller Neutronenreaktor mit zwei Natrium- und einem Wasserkreislauf.

Wie sicher ist ein Kernreaktor?

Die Beantwortung dieser Frage ist ziemlich schwierig und hängt davon ab, wen Sie fragen und wie Sie „sicher“ definieren. Sind Sie besorgt über Strahlung oder radioaktive Abfälle, die in Reaktoren entstehen? Oder fürchten Sie eher die Möglichkeit eines katastrophalen Unfalls? Welchen Risikograd halten Sie für einen akzeptablen Kompromiss für die Vorteile der Kernenergie? Und inwieweit vertrauen Sie der Regierung und der Kernenergie?

„Strahlung“ ist ein starkes Argument, vor allem weil wir alle wissen, dass große Strahlungsdosen, beispielsweise durch eine Atombombe, viele tausend Menschen töten können.

Befürworter der Kernenergie weisen jedoch darauf hin, dass wir alle regelmäßig Strahlung aus verschiedenen Quellen ausgesetzt sind, darunter kosmische Strahlung und natürliche Strahlung der Erde. Die durchschnittliche jährliche Strahlendosis beträgt etwa 6,2 Millisievert (mSv), die Hälfte davon stammt aus natürlichen Quellen und die andere Hälfte aus künstlichen Quellen, die von Röntgenaufnahmen des Brustkorbs über Rauchmelder bis hin zu leuchtenden Zifferblättern reichen. Wie viel Strahlung bekommen wir von Kernreaktoren? Nur ein winziger Bruchteil eines Prozents unserer typischen jährlichen Exposition beträgt 0,0001 mSv.

Während bei allen Kernkraftwerken zwangsläufig geringe Strahlungsmengen austreten, stellen Regulierungsbehörden strenge Anforderungen an die Anlagenbetreiber. Sie dürfen die Menschen in der Umgebung des Werks nicht mehr als 1 mSv Strahlung pro Jahr aussetzen, und für die Arbeiter im Werk gilt ein Grenzwert von 50 mSv pro Jahr. Das mag viel erscheinen, aber laut der Nuclear Regulatory Commission gibt es keine medizinischen Beweise dafür, dass jährliche Strahlungsdosen unter 100 mSv Risiken für die menschliche Gesundheit darstellen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle mit dieser selbstgefälligen Einschätzung der Strahlenrisiken einverstanden sind. Beispielsweise untersuchten Ärzte für soziale Verantwortung, ein langjähriger Kritiker der Atomindustrie, Kinder, die in der Nähe deutscher Kernkraftwerke leben. Die Studie ergab, dass Menschen, die im Umkreis von 5 km um Kraftwerke leben, ein doppelt so hohes Risiko hatten, an Leukämie zu erkranken, als Menschen, die weiter von Kernkraftwerken entfernt leben.

Abfälle aus Kernreaktoren

Atomkraft wird von ihren Befürwortern als „saubere“ Energie angepriesen, da der Reaktor im Vergleich zu Kohlekraftwerken keine großen Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre ausstößt. Kritiker weisen jedoch auf ein anderes Umweltproblem hin: die Entsorgung von Atommüll. Ein Teil der abgebrannten Brennelemente aus den Reaktoren setzt immer noch Radioaktivität frei. Weiteres unnötiges Material, das eingespart werden sollte, ist hoch radioaktiver Abfall, ein flüssiger Rückstand aus der Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente, in dem ein Teil des Urans verbleibt. Derzeit wird der Großteil dieser Abfälle vor Ort in Kernkraftwerken in Wasserbecken gelagert, die einen Teil der verbleibenden Wärme der abgebrannten Brennelemente absorbieren und dazu beitragen, die Arbeiter vor Strahlenbelastung zu schützen.

Eines der Probleme mit abgebranntem Kernbrennstoff besteht darin, dass er durch den Spaltungsprozess verändert wurde. Wenn große Uranatome gespalten werden, entstehen Nebenprodukte – sogenannte radioaktive Isotope mehrerer leichter Elemente wie Cäsium-137 und Strontium-90 Spaltprodukte. Sie sind heiß und stark radioaktiv, zerfallen aber im Laufe von 30 Jahren schließlich in weniger gefährliche Formen. Diese Zeit ist für sie aufgerufen NZeitraumOhmHalbwertszeit. Andere radioaktive Elemente haben andere Halbwertszeiten. Darüber hinaus fangen einige Uranatome auch Neutronen ein und bilden so schwerere Elemente wie Plutonium. Diese Transurane erzeugen nicht so viel Wärme oder durchdringende Strahlung wie Spaltprodukte, aber ihr Zerfall dauert viel länger. Plutonium-239 beispielsweise hat eine Halbwertszeit von 24.000 Jahren.

Diese radioaktiveAbfallS hohes Niveau der Reaktoren sind für Menschen und andere Lebensformen gefährlich, da sie bereits bei kurzer Exposition große, tödliche Strahlungsdosen freisetzen können. Zehn Jahre nach der Entfernung des restlichen Brennstoffs aus einem Reaktor stoßen sie beispielsweise 200-mal mehr Radioaktivität pro Stunde aus, als nötig wäre, um einen Menschen zu töten. Und wenn Abfälle im Grundwasser oder in Flüssen landen, können sie in die Nahrungskette gelangen und viele Menschen gefährden.

Weil Abfall so gefährlich ist, befinden sich viele Menschen in einer schwierigen Situation. 60.000 Tonnen Abfall liegen in Kernkraftwerken in der Nähe von Großstädten. Es ist jedoch nicht einfach, einen sicheren Ort für die Lagerung von Abfällen zu finden.

Was kann bei einem Kernreaktor schiefgehen?

Da die staatlichen Regulierungsbehörden auf ihre Erfahrungen zurückblicken, haben Ingenieure im Laufe der Jahre viel Zeit damit verbracht, Reaktoren für optimale Sicherheit zu konstruieren. Es ist nur so, dass sie nicht kaputt gehen, nicht richtig funktionieren und keine Sicherheitsmaßnahmen haben, wenn etwas nicht wie geplant läuft. Infolgedessen scheinen Kernkraftwerke Jahr für Jahr ziemlich sicher zu sein, verglichen mit beispielsweise dem Flugverkehr, bei dem weltweit regelmäßig zwischen 500 und 1.100 Menschen pro Jahr ums Leben kommen.

Allerdings kommt es in Kernreaktoren zu schweren Ausfällen. Auf der International Nuclear Event Scale, die Reaktorunfälle mit einer Skala von 1 bis 7 bewertet, gab es seit 1957 fünf Unfälle mit einer Skala von 5 bis 7.

Der schlimmste Albtraum ist ein Ausfall des Kühlsystems, der zu einer Überhitzung des Kraftstoffs führt. Der Brennstoff wird flüssig und verbrennt dann durch den Sicherheitsbehälter, wobei radioaktive Strahlung freigesetzt wird. 1979 stand Block 2 des Kernkraftwerks Three Mile Island (USA) kurz vor diesem Szenario. Glücklicherweise war ein gut konzipiertes Eindämmungssystem stark genug, um das Entweichen der Strahlung zu verhindern.

Die UdSSR hatte weniger Glück. Im April 1986 ereignete sich im 4. Kraftwerksblock des Kernkraftwerks Tschernobyl ein schwerer nuklearer Unfall. Dies wurde durch eine Kombination aus Systemausfällen, Konstruktionsfehlern und schlecht geschultem Personal verursacht. Bei einem Routinetest verstärkte sich die Reaktion plötzlich und die Steuerstäbe blockierten, sodass eine Notabschaltung nicht möglich war. Der plötzliche Dampfaufbau verursachte zwei thermische Explosionen, die den Graphitmoderator des Reaktors in die Luft schleuderten. Da die Reaktorbrennstäbe nicht kühlbar waren, begannen sie zu überhitzen und vollständig zu kollabieren, wodurch der Brennstoff eine flüssige Form annahm. Viele Bahnhofsmitarbeiter und Unfallverwalter kamen ums Leben. Eine große Strahlungsmenge breitete sich über eine Fläche von 323.749 Quadratkilometern aus. Die Zahl der durch Strahlung verursachten Todesfälle ist noch unklar, aber die Weltgesundheitsorganisation geht davon aus, dass sie möglicherweise 9.000 Krebstodesfälle verursacht hat.

Hersteller von Kernreaktoren bieten Garantien basierend auf Wahrscheinlichkeitsbewertunge Dabei wird versucht, den potenziellen Schaden eines Ereignisses mit der Wahrscheinlichkeit, mit der es tatsächlich eintritt, abzuwägen. Einige Kritiker sagen jedoch, dass man sich stattdessen auf seltene, unerwartete, aber äußerst gefährliche Ereignisse vorbereiten sollte. Ein typisches Beispiel ist der Unfall im japanischen Kernkraftwerk Fukushima 1 im März 2011. Berichten zufolge war die Station so konzipiert, dass sie einem starken Erdbeben standhalten konnte, aber keines, das so katastrophal war wie das Beben der Stärke 9,0, das eine 14 Meter hohe Tsunamiwelle über Deiche schickte, die einer 5,4 Meter hohen Welle standhalten sollten. Der Ansturm des Tsunamis zerstörte die Backup-Dieselgeneratoren, die im Falle eines Stromausfalls das Kühlsystem der sechs Reaktoren versorgen sollten. Selbst nachdem die Steuerstäbe der Fukushima-Reaktoren die Spaltung eingestellt hatten, sorgte der noch heiße Brennstoff für Temperaturen in den zerstörten Reaktoren gefährlich aufzusteigen.

Japanische Beamte griffen zu einem letzten Ausweg: Sie überschwemmten die Reaktoren mit einer riesigen Menge Meerwasser unter Zusatz von Borsäure, was eine Katastrophe verhindern konnte, aber die Reaktorausrüstung zerstörte. Mit Hilfe von Löschfahrzeugen und Lastkähnen gelang es den Japanern schließlich, Frischwasser in die Reaktoren zu pumpen. Doch zu diesem Zeitpunkt hatte die Überwachung bereits alarmierende Strahlungswerte im umliegenden Land und Wasser ergeben. In einem Dorf 40 km vom Kernkraftwerk entfernt wurde das radioaktive Element Cäsium-137 in viel höheren Konzentrationen als nach der Katastrophe von Tschernobyl gefunden, was Zweifel an der Möglichkeit menschlicher Besiedlung in der Gegend aufkommen lässt.