Drivstoffstang
En drivstoffstang er et rør fylt med kjernebrensel som brukes i atomreaktorer . Kjernefysisk drivstoff består vanligvis av sintrede tabletter (pellets) laget av urandioksid eller et blandet oksid av urandioksid og plutoniumdioksid .
Drivstoffstenger brukes ikke hver for seg, men er alltid buntet i drivstoffelementer .
"Brenne"
Begrepet "brenning" i forbindelse med kjernekraft ("drivstoffstang", " drivstoffelement " osv.) Skal bare forstås i overført betydning. Det er faktisk ikke et spørsmål om forbrenning, dvs. oksidasjon .
Etter en viss driftsperiode har et drivstoffelement " brent ut ", dvs. H. Kjedereaksjonen omdanner en slik andel av drivstoffet til fisjonsprodukter at elementet ikke lenger kan brukes effektivt til å generere energi. Deretter byttes det mot et nytt element. Det brukte, det brukte drivstoffet vil bli lagret for senere når den endelige avhending skal mates, spørsmålet er fremdeles åpent for et depot i dag (2021). Noen brukte drivstoffelementer behandles på nytt . Tyskland og Sveits sender ikke lenger drivstoffsenheter for ombehandling.
Dimensjoner og tilrettelegging
I Brokdorf trykkvannsreaktor har for eksempel en enkelt drivstoffstang en høyde på 4,8 m og en diameter på 11 mm.
Mange individuelle drivstoffstenger er pakket med avstandsstykker for å danne drivstoffsenheter eller drivstoffsenheter. Avhengig av reaktortype kan disse være runde, rektangulære, polygonale eller plateformede.
Moderne drivstoffelementutforminger inneholder også forkortede drivstoffstenger ( dellengde drivstoffstenger ) for å optimalisere kraftfordelingen i reaktoren.
Kledning på drivstoffstang
Bensinstangkledningen, kledningsrøret, er et metallrør som omslutter kjernefysisk drivstoff. Avhengig av type drivstoffelement, har den en veggtykkelse på rundt 0,6-0,8 mm. For å oppnå god varmeoverføring i gapet mellom kjernedrivstoffet og kledningsrøret, injiseres heliumgassen der, og drivstoffstangkledningen sveises deretter på en gastett måte .
Zirkonium -legering blir brukt som materiale for kledningsrørene i termiske (for eksempel vannkjølte) reaktorer fordi den effektive tverrsnitt av zirkonium for nøytroninnfanging er liten, og materialet har god styrke og korrosjonsegenskaper . Imidlertid blir zircalloy veldig sprø etter overoppheting. En viss grad av korrosjon under reaktordrift er også uunngåelig med Zircalloy. Tykkelsen på oksidlaget som dannes øker jevnt over tid, avhengig av materialets natur, kledningsrørstemperaturen og den kjemiske sammensetningen av det omkringliggende kjølevannet. I tillegg til strålingsskader , er korrosjon en av prosessene som begrenser levetiden til drivstoffelementene i en reaktor til rundt tre til fem år.
I raske reaktorer har det for det meste blitt brukt titanstabilisert austenittisk rustfritt stål til kledningsrørene .
Bensinstangkledningen skiller kjernebrenselet fra kjølevæsken i reaktoren og forhindrer drivstoff og fisjonsprodukter i å komme inn i kjølevæsken. Det er altså en av de nestede barrierer for å holde tilbake de radioaktive stoffene. Imidlertid forekommer strukturelle endringer i legeringen selv under normal drift på grunn av korrosjon og strålingsskader. Derfor utvikler en liten del av kledningsrøret sprekker som gassformige splittelsesprodukter kan rømme gjennom. De er for det meste radionuklider med middels halveringstid , hovedsakelig isotoper av jod , xenon og krypton .
Over 900 ° C reduseres styrken på drivstoffstangkledningen betydelig, noe som kan føre til sprekker. Ved temperaturer over 1000 ° C reagerer zirkonium også med vanndampen rundt. Under denne eksoterme kjemiske reaksjonen dannes zirkoniumoksid og hydrogen. Denne selvforsterkende reaksjonen fører til en økning i trykk i reaktoren og kan føre til en oksyhydrogeneksplosjon hvis det frigitte hydrogen blandes med atmosfærisk oksygen.
Meltdown-ulykke
Drivstoffstenger kan smelte hvis de ikke blir avkjølt tilstrekkelig under drift. Andre deler i reaktorkjernen smelter også i prosessen; dette blir referert til som en kjernesmelting . Denne risikoen eksisterer på grunn av den resulterende forfallsvarmen selv når reaktoren er slått av. Selv etter at drivstoffstavene er fjernet fra reaktorkjernen under lagring i kjølebassenget , er det fortsatt nødvendig med kjøling i noen år for å unngå overoppheting.
Sikkerhetskriterier
I den vestlige verden er en forutsetning for utstedelse av en operasjonell lisens at følgende vilkår satt av Flyktninghjelpen garantert vil være oppfylt under drift:
- Temperaturen må ikke overstige 1200 ° C.
- Tykkelsen på oksidasjonslaget på kledningsrøret må ikke overstige 0,17 ganger dets uoksiderte veggtykkelse på noe tidspunkt.
- Utslipp av hydrogen kan ikke overstige 0,01 ganger mengden som vil oppstå ved fullstendig oksydasjon av skallrøret.
- Kledningsrørens geometri må ikke endres på en slik måte at kjøling ikke lenger kan garanteres.
- Råtevarmen må kunne spres på lang sikt.
Individuelle bevis
- ↑ DRIVSTOFFANMELDING: Drivstoffdesigndata ( Memento fra 17. juni 2012 i Internet Archive ), I: Nuclear Engineering International, september 2004.
- ↑ Jan Kopitz, Wolfgang Polifke: Heat Transfer: Fundamentals, analytiske og numeriske metoder . Pearson Deutschland GmbH, 2009, ISBN 978-3-8273-7349-6 , s. 72 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk).
- ^ Günter Kessler: Bærekraftig og sikker kjernefysisk fisjonenergi. Teknologi og sikkerhet for raske og termiske kjernefysiske reaktorer . Springer 2012, ISBN 978-3-642-11989-7 , side 77.
- ^ Günter Kessler: Bærekraftig og sikker kjernefysisk fisjonenergi. Teknologi og sikkerhet for raske og termiske kjernefysiske reaktorer . Springer 2012, ISBN 978-3-642-11989-7 , side 158.
- ↑ NRC: 10 CFR 50.46 Akseptkriterier for nødkjernekjølingssystemer for atomvannreaktorer