Drivstoffmontering
De brenselelementer som er essensielle komponenter i en atomreaktor , og sammen med de andre innvendige, danner reaktorkjernen . De inneholder kjernefysisk drivstoff .
I de fleste kraftreaktorer , dvs. systemer for energiproduksjon, er det individuelle drivstoffelementet en bunt med mange tynne drivstoffstenger som kjølevæsken, vanligvis vann, vasker rundt. Dette arrangementet resulterer i et tilstrekkelig stort område for varmeoverføringen. Stengene inneholder kjernefysisk drivstoff, for det meste uranoksid i form av sylindriske pellets . Imidlertid er det andre former for drivstoffelementer i reaktorer med høy temperatur (se nedenfor).
Ulike andre former for drivstoffelementer er også mulige i forskningsreaktorer med relativt lav termisk effekt.
Typer drivstoffsenheter
Avhengig av reaktortype har drivstoffelementene forskjellige former og sammensetninger. I reaktorer med flytende kjølemiddel, brenselelementer er som anordnet i et felles reaktortrykktank - dette gjelder også de trykkvannsreaktorer , kokvannsreaktorer , men også formeringsreaktorer som er nevnt nedenfor - at brennstoffelementet har en firkantet eller sekskantet tverrsnitt, siden tverrsnittsarealet til reaktoren kan fylles fullstendig med en slik form. Drivstoffelementet til trykkrørsreaktorer har derimot et sirkulært tverrsnitt som tilsvarer formen på røret (se f.eks. CANDU ). Det finnes andre typer drivstoffsenheter i gasskjølte reaktorer.
Reaktorer med trykkvann
Drivstoffsenheter for trykkvannsreaktorer består av et bunt med individuelle drivstoffstenger , mellom hvilke det også er føringsrør for kontrollstavene innført ovenfra . En slik drivstoffsenhet kan for eksempel bestå av 236 drivstoffstenger og 20 styrestangsføringsrør i et 16x16 arrangement. Kontrollstengene til kontrollelementet holdes sammen av en edderkopp og er fordelt over tverrsnittet av drivstoffsamlingen. Kledningsrørene for brenselstaver er laget av zirkonium- legering Zirkalloy -4. Den anrikning av brennstoffet er omkring 3-4%.
Kokende vannreaktorer
Drivstoffelementer for kokende vannreaktorer består også av en drivstoffstangbunt, men antall drivstoffstenger per drivstoffelement er betydelig lavere (f.eks. 64 drivstoffstenger og en såkalt vannstang i et 8x8 arrangement) Vannstengene er utelatt når det gjelder nyere drivstoffelementer. En koffert laget av sirkellegering som omslutter drivstoffelementet, danner kjølekanalen. Kassene med flere drivstoffsenheter danner hver føringskanal for en kontrollstang med et korsformet tverrsnitt som kommer nedenfra. Kledningrørene til drivstoffstavene er laget av Zircalloy-2. Berikelsen av drivstoffet tilsvarer omtrent den for trykkvannsreaktorer.
Eksempler:
- I kjernekraftverket i Biblis (trykkvannsreaktor) er det 193 drivstoffelementer i en reaktor, som hver består av 236 drivstoffstenger. Hver drivstoffenhet har en lengde på 4905 mm, et tverrsnitt på 230 mm x 230 mm og en vekt på 830 kg.
- Det er 840 drivstoffelementer i reaktoren til atomkraftverket Krümmel (kokevannsreaktor).
Reaktorer med høy temperatur
Drivstoffelementene i høy temperaturreaktoren i rullesteinsreaktoren ifølge Farrington Daniels består av grafittkuler med en diameter på ca 6 cm, hvor drivstoffet er innebygd i form av mange små kuler av uran thoriumoksid, rundt 15.000 kuler per sfærisk drivstoffelement med en kapasitet på rundt 0,2 Watt per perle. Hver perle er dekket med en keramisk barriere (såkalte belagte partikler , se Pac-perler ). I følge Rudolf Schulten virker de keramiske konvoluttene til kulene som miniinneslutninger der spaltbart materiale og fisjonsprodukter er pakket i små mengder. Dette dekket av drivstoffpellets er veldig motstandsdyktig mot termisk belastning og holder tungmetaller og edelgasser selv ved høye temperaturer. Den restvarmen blir fjernet fra kuleelementer ved stråling og ledning. De robuste sfæriske drivstoffelementene og deres behovsbaserte arrangement er viktige komponenter i sikkerhetsarkitekturen til rullesteinreaktoren. Fra midten av 1980-tallet og fremover henviste Schulten til potensialet i rullesteinreaktoren , kjernekraften brente sfæriske drivstoffelementer uten demontering, dvs. H. skal kastes i sin helhet for å unngå sikkerhetsrisikoen ved fysisk-kjemisk behandling av store radioaktive mengder i store opparbeidingsanlegg . Schulten anså at grafittkulene med sine keramiske belagte drivstoffpartikler, på grunn av deres styrke og ugjennomtrengelighet, tillater sluttlagring på store geologiske dyp på flere 1000 meter uten behandling. Størrelsen på grafittkulene bestemmes ikke bare av deres funksjon som drivstoffbærer, men også av deres rolle som moderator . Denne kombinasjonen av drivstoffbærer og moderator fører til volumer som av økonomiske årsaker kan være ufordelaktige for direkte sluttdeponering. Statlige institusjoner og selskaper fra Storbritannia, Sverige, Nederland, Belgia, Frankrike, Italia, Sveits og Tyskland var involvert i utviklingen av drivstoffelementene, med betydelig støtte fra Euratom . Drivstoffelementene ble brukt i småsteinreaktorene AVR i Jülich og THTR i Hamm-Uentrop , som begge er blitt avviklet siden 1988. Rainer Moormann påpekte forskjellige problemer : Disse inkluderer frigjøring av noen svært giftige fisjonsprodukter som sølv og cesium gjennom diffusjon og dannelse av støv gjennom slitasje av grafittkulene. Brennbarheten til grafittkulene og deres høye reaktivitet med vanndamp med dannelsen av brennbare gasser må sees på som ytterligere sikkerhetsproblemer. I Europa ble utviklingen av drivstoffelementer for HTR i stor grad avsluttet rundt 1990. Utviklingen i Sør-Afrika ble også avviklet i 2010. En begrenset videreutvikling pågår i Kina, med tanke på erfaringene fra AVR og THTR når det gjelder å løse problemene som er identifisert der.
Det meste av drivstoffet i anleggene som hittil ble implementert var svært beriket. Uranet er det fissile materialet i disse drivstoffelementene (anrikning til ca. 93%), og thorium er avlsmaterialet som 233 U produseres som et annet fissilt materiale i drift . Disse drivstoffsenhetene er ikke i stand til å brukes som våpen, da de bare består av ca 10% uran og 90% thorium. Imidlertid kan uranet med høy våpengrad skilles kjemisk. På grunn av denne risikoen for spredning var det nødvendig å gradvis bytte til lavanriket drivstoff fra rundt 1980 og utover.
I andre høytemperaturreaktorer (i England og USA) ble drivstoffelementer formet som kantete (prismatiske) stenger brukt. Noe av drivstoffmaterialet inneholdt også thorium og var på samme måte sammensatt av grafitt og belagte partikler .
Brukte drivstoffsenheter
Driften av alle typer atomkraftverk produserer brukte drivstoffelementer . Dette er drivstoffsenhetene som har nådd den tiltenkte utbrenningen og derfor må byttes ut.
Reaktorkjernen til Grafenrheinfeld atomkraftverk z. B. inneholder 193 drivstoffelementer med en total drivstoffvekt på 103 t, som i utgangspunktet inneholder 4 vekt% 235 U ( anrikning ).
Hvert år 40 brenselselementer utveksles under overhaling: De blir først lagret i en kjernereaktor er forråtnelse vask inntil deres radioaktivitet og varmeproduksjon i tilstrekkelig grad har sunket slik at de kan viderebehandles.
Tidligere ble brukte drivstoffelementer ofte tatt med til utlandet for ombehandling . Der blir avfallsmaterialene skilt fra de gjenbrukbare kjernebrenslene uran og plutonium som fremdeles finnes i drivstoffelementet ved hjelp av kjemiske prosesser .
I Tyskland er transport til opparbeidingsanlegg ikke lenger tillatt ved lov siden 1. juli 2005.
En annen avhendingsmetode som bare har blitt fulgt siden da er direkte sluttdeponering . Elementene for brukt drivstoff blir passende pakket og ført til et depot uten forhåndsbehandling . I følge offisielle uttalelser fra den tyske føderale regjeringen er igangsetting av et slikt depot målrettet rundt 2030.
Brukte drivstoffsenheter blir ofte referert til som brukte eller brukte drivstoffsenheter. Samlebegrepet bestrålte drivstoffsenheter må skilles fra dette. I tillegg til forsamlingen med brukt drivstoff, inkluderer dette også drivstoffsenheter som bare ble midlertidig losset og skal brukes igjen fordi de ennå ikke har nådd den tiltenkte utbrenningen.
Drivstoffavgift
Den tyske føderale regjeringen kunngjorde i juni 2010 at de planla en drivstoffelementavgift (som en del av en stor innstrammingspakke) . Den nye skatten skal innbringe 2,3 milliarder euro årlig. Målet er for operatørene av atomkraftverk i Tyskland ( RWE , E.ON , EnBW og Vattenfall )
- være på den ene siden involvert i rehabilitering av et skrantende lager - og
- på den annen side ønsker man å skumme av en del av merinntekten som kan forventes fra en forlengelse av løpetiden.
Lov om kjernefysisk skatt av 8. desember 2010 trådte i kraft 1. januar 2011. 7. juni 2017 erklærte den føderale forfatningsdomstolen at kjernefysisk avgift var ulovlig. Dette betyr at den føderale regjeringen må betale tilbake kjernefysiske selskaper mer enn 6 milliarder euro.
Se også
weblenker
Individuelle bevis
- ^ A b Oskar Höfling : Fysikk . 13. utgave. teip 2 , del 3, kvanta og atomer. Dümmler, Bonn 1986, ISBN 3-427-41163-X , s. 931 (Dümmlerbuch, 4116).
- ^ Rudolf Schulten, Heinrich Bonnenberg: Drivstoffelement og beskyttelsesmål. VDI-Gesellschaft Energietechnik, Jahrbuch 91, 1991, s. 175.
- ↑ a b Rainer Moormann : AVR-prototype småsteinreaktor: en sikkerhetsevaluering av driften og konsekvensene for fremtidige reaktorer , 2009.
- ↑ KKW Tekniske data ( Memento av den opprinnelige fra 09.01.2009 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen.
- ↑ Nuclear avgifts støt verktøyet . I: ZeitOnline , 9. juni 2010
- ↑ Forfatningsdomstol: Avgift for kjernebrensel er i strid med grunnloven . I: Tiden . 7. juni 2017, ISSN 0044-2070 ( zeit.de [åpnet 23. juli 2017]).
