Kernbrennstoff

23/11/2008 - 05:08 von Ralf Kusmierz | Report spam
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Moin,

mal ein paar Fragen zu Kernbrennstoffen: In Reaktoren eingesetzt wird
wohl UO2. Wenn das reines (oder hochangereichertes) 235UO2 wàre,
könnte das dann auch spontan kritisch werden, oder gehen "Bomben" nur
mit metallischem Uran? Immerhin ist der durchschnittliche
Urankernabstand im Oxid ca. 25,6 % höher als im Metall.

Beim Tschernobyl-Unfall war immer von geschmolzenen Kernbrennstoffen
die Rede - stimmt das eigentlich? Urandioxid hat einen Schmelzpunkt
von 3150 K, also ziemlich hoch, und wenn es in Kontakt mit Luft kommt,
dann sollte es lebhaft abbrennen zu U3O8 (mit einem allerdings 1730 K
niedrigeren Schmelzpunkt, aber es sollte doch wohl verdampfen und
nicht schmelzen).

Gibt es einen zwingenden Grund, in einem Reaktor Oxid zu verwenden,
oder ginge auch Metall? Ich denke dabei an Raumsonden mit Kernreaktor
- bei gleicher Uranmenge ist das Oxid 13,4 % schwerer (bei 30 kg Uran
also 4 kg Sauerstoff zusàtzlich), und Payload ist in der Raumfahrt
teuer. Weiß zufàllig jemand, ob die Russen bei den RORSAT-Reaktoren
(da fliegen noch ein paar oben rum) Vorkehrungen getroffen haben, daß
die beim Wiedereintritt nicht zusammenschmelzen und überkritisch
werden können, oder ist das aus irgendeinem Grund dort prinzipiell
nicht möglich? Können die evtl. explodieren (also: nuklear), wenn sie
von einem Weltraumtrümmerstück oder einem Meteoriten getroffen werden,
weil der den Kern mechanisch komprimieren kann?

Das mit dem noch oben Rumfliegen war wohl so gedacht, daß die erst
hundert Jahre in einer Friedhofsbahn (in der *nur* die Reaktorkerne
ohne Kühlmittel fliegen, die wurden nàmlich aus dem Satelliten vor
dessen Absturz bzw. Wiedereintritt ausgestoßen und in eine hohe Bahn
gehoben, was relativ billig war, da die nur einen Bruchteil der
Gesamtmasse des Satelliten hatten) abklingen und dann relativ wenig
radioaktive Belastung der Atmosphàre beim Wiedereintritt verursachen,
aber das würde natürlich völlig konterkariert, wenn sie beim
Wiedereintritt noch "mal eben" wieder kritisch werden und mit einer
Leistungsexkursion auseinanderfliegen würden, deshalb würde ich
annehmen, daß man sich was dabei gedacht hatte - wer weiß, was genau?
(Und bitte nicht: Nach mir die Sintflut...)

Irgendwo (bzw. bei Leitenberger) hatte ich eine Diskussion über die
Vor- und Nachteiel von Kernreaktoren gegenüber RTGs in der Raumfahrt
gelesen mit dem Fazit, daß Reaktoren eigentlich keine merklichen
Gewichtsvorteile haben. Frage mich aber gerade, ob das so stimmt: Der
Wirkungsgrad der Reaktoren ist (oder war?) bescheiden (um die 5 %),
vermutlich deswegen, weil die ziemlich hohe Temperaturen auf der
Kaltseite der WKM brauchen, weil die nur durch Strahlung gekühlt
werden kann, und da mault dann Carnot. Bloß: RTGs liefern
Dauerleistung, aber Reaktoren kann man pulsen. Also könnte man den
Kühler erst auskühlen lassen, dann den Reaktor mit gutem Wirkungsgrad
laufenlassen, bis daß der Kühler warm geworden ist, und dann macht man
den Reaktor plus Generator wieder aus und wartet, bis der Kühler
wieder kalt ist. (Alternativ könnte man den Kühler auch als rotierende
Radscheibe o. à. konzipieren, die immer in einem schmalen Segment das
kalte Reservoir bildet und dann wàhrend des Umlaufs die dort
aufgenommene Abwàrme durch Strahlung wieder abgibt, bzw. man làßt
Kühlflüssigkeit zirkulieren oder verwendet Heatpipes. So könnte man
Carnot vielleicht austricksen.)


Gruß aus Bremen
Ralf
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphàre Autor bißchen Ellipse Emission
gesamt hàltst Immission interessiert korreliert korrigiert Laie
nàmlich offiziell parallel reell Satellit Standard Stegreif voraus
 

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#1 Carla Schneider
23/11/2008 - 18:45 | Warnen spam
Ralf Kusmierz wrote:

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Moin,

mal ein paar Fragen zu Kernbrennstoffen: In Reaktoren eingesetzt wird
wohl UO2. Wenn das reines (oder hochangereichertes) 235UO2 wàre,
könnte das dann auch spontan kritisch werden, oder gehen "Bomben" nur
mit metallischem Uran? Immerhin ist der durchschnittliche
Urankernabstand im Oxid ca. 25,6 % höher als im Metall.

Beim Tschernobyl-Unfall war immer von geschmolzenen Kernbrennstoffen
die Rede - stimmt das eigentlich? Urandioxid hat einen Schmelzpunkt
von 3150 K, also ziemlich hoch, und wenn es in Kontakt mit Luft kommt,
dann sollte es lebhaft abbrennen zu U3O8 (mit einem allerdings 1730 K
niedrigeren Schmelzpunkt, aber es sollte doch wohl verdampfen und
nicht schmelzen).

Gibt es einen zwingenden Grund, in einem Reaktor Oxid zu verwenden,
oder ginge auch Metall?



Es gibt Reaktoren die mit Uranmetall betrieben werden.
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnox-Reaktor

Ein Vorteil des Oxides ist der viel hoehere Schmelzpunkt.

Ich denke dabei an Raumsonden mit Kernreaktor
- bei gleicher Uranmenge ist das Oxid 13,4 % schwerer (bei 30 kg Uran
also 4 kg Sauerstoff zusàtzlich), und Payload ist in der Raumfahrt
teuer. Weiß zufàllig jemand, ob die Russen bei den RORSAT-Reaktoren
(da fliegen noch ein paar oben rum) Vorkehrungen getroffen haben, daß
die beim Wiedereintritt nicht zusammenschmelzen und überkritisch
werden können, oder ist das aus irgendeinem Grund dort prinzipiell
nicht möglich?



Die Reaktoren der RORSAT waren mit Natrium-Kalium gekuehlt,
allein daraus kann man schon erkennen dass es sich um "schnelle Reaktoren"
handelte, also Reaktoren die ohne Moderator mit den schnellen Neutronen
die Kettenreaktion aufrecht erhielten.
Die duerften ziemlich hoch angereichertes U235 enthalten,
auch schon um Gewicht zu sparen.
Um einen Reaktor abzuschalten wird normalerweise
neutronenabsorbierendes Material (Steuerstaebe) in den
Reaktorkern gebracht.Die wuerden auch bei einem Zusammenschmelzen
dort bleiben, und verhindern dass der Reaktor wieder kritisch wird.


Können die evtl. explodieren (also: nuklear), wenn sie
von einem Weltraumtrümmerstück oder einem Meteoriten getroffen werden,
weil der den Kern mechanisch komprimieren kann?



Wuerde mich wundern.



Das mit dem noch oben Rumfliegen war wohl so gedacht, daß die erst
hundert Jahre in einer Friedhofsbahn (in der *nur* die Reaktorkerne
ohne Kühlmittel fliegen, die wurden nàmlich aus dem Satelliten vor
dessen Absturz bzw. Wiedereintritt ausgestoßen und in eine hohe Bahn
gehoben, was relativ billig war, da die nur einen Bruchteil der
Gesamtmasse des Satelliten hatten) abklingen und dann relativ wenig
radioaktive Belastung der Atmosphàre beim Wiedereintritt verursachen,
aber das würde natürlich völlig konterkariert, wenn sie beim
Wiedereintritt noch "mal eben" wieder kritisch werden und mit einer
Leistungsexkursion auseinanderfliegen würden, deshalb würde ich
annehmen, daß man sich was dabei gedacht hatte - wer weiß, was genau?
(Und bitte nicht: Nach mir die Sintflut...)

Irgendwo (bzw. bei Leitenberger) hatte ich eine Diskussion über die
Vor- und Nachteiel von Kernreaktoren gegenüber RTGs in der Raumfahrt
gelesen mit dem Fazit, daß Reaktoren eigentlich keine merklichen
Gewichtsvorteile haben. Frage mich aber gerade, ob das so stimmt: Der
Wirkungsgrad der Reaktoren ist (oder war?) bescheiden (um die 5 %),
vermutlich deswegen, weil die ziemlich hohe Temperaturen auf der
Kaltseite der WKM brauchen, weil die nur durch Strahlung gekühlt
werden kann, und da mault dann Carnot. Bloß: RTGs liefern
Dauerleistung, aber Reaktoren kann man pulsen. Also könnte man den
Kühler erst auskühlen lassen, dann den Reaktor mit gutem Wirkungsgrad
laufenlassen, bis daß der Kühler warm geworden ist, und dann macht man
den Reaktor plus Generator wieder aus und wartet, bis der Kühler
wieder kalt ist.



Das haengt aber an der Waermekapazitaet des Kuehlers - und damit an
seiner Masse.


(Alternativ könnte man den Kühler auch als rotierende
Radscheibe o. à. konzipieren, die immer in einem schmalen Segment das
kalte Reservoir bildet und dann wàhrend des Umlaufs die dort
aufgenommene Abwàrme durch Strahlung wieder abgibt, bzw. man làßt
Kühlflüssigkeit zirkulieren oder verwendet Heatpipes. So könnte man
Carnot vielleicht austricksen.)



Das Problem ist einfach die groesse der noetigen Abstrahlflaeche.
Da koennte man ja gleich Solarzellen verwenden, in der Erdumlaufbahn.



http://www.geocities.com/carla_sch/index.html

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