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Die Temperatur in den Brennstäben eines Reaktors schwankt
in Abhängigkeit von der verlangten Reaktorleistung. Sie liegt
bei Volllast im Innern der Brennstäbe bei etwa 800 °C.
Die Temperatur hat Einfluss auf die Wirksamkeit des Moderators. |
| Ein Vergleich zwischen den Moderatoren Graphit
und Wasser macht das deutlich. |
| Bei dem Reaktor vom Typ Tschernobyl (ehem. UdSSR) sind der
Moderator Graphit und das Kühlmittel Wasser unterschiedliche
Stoffe. Wenn die Anzahl der Kettenreaktionen und damit die Leistung
ansteigen, entstehen im Kühlmittel Wasser mehr Dampfblasen. Da
Wasserdampf pro Volumen weniger Moleküle enthält als Wasser,
werden weniger Neutronen absorbiert. |
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Am Moderator Graphit kann nun eine höhere Anzahl von Neutronen
abgebremst werden, sodass auch die Anzahl der Kernspaltungen steigt.
Durch eine erhöhte Anzahl von Kernspaltungen steigt dann aber
auch die Leistung an, die zu noch mehr Dampfblasen führt, usw.
Man sagt, der Dampfblasenkoeffizient des Moderators ist positiv.
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Nur durch geeignete Sicherheitseinrichtungen wird verhindert, dass
der Leistungsanstieg außer Kontrolle gerät. Dieser Effekt,
verbunden mit einer Fehlbedienung, führte 1986 zum Reaktorunfall
von Tschernobyl.
In den Leichtwasserreaktoren (speziell Siedewasserreaktoren)
der Bundesrepublik Deutschland ist das Wasser Kühlmittel und
Moderator. Steigen die Anzahl der Kernspaltungen und damit auch
die Leistung an, erhöht sich auch hier der Dampfblasenanteil.
Da das Wasser aber gleichzeitig Moderator ist, bedeuten mehr Dampfblasen
eine "Verdünnung" des Moderators. |
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Es werden jetzt weniger Neutronen absorbiert, noch weniger aber
abgebremst (der Moderatoreffekt ist von größerem Gewicht
als der Absorptionseffekt). Dadurch sinkt die Anzahl der Kernspaltungen
von selbst. Da ein totaler Kühlmittelverlust zugleich einen totalen
Verlust des Moderators bedeuten würde, käme die Kettenreaktion
von selbst zum Erliegen. Der Dampfblasenkoeffizient ist hier
also negativ. |
| Bei dieser Art von Selbststabilisierung spricht man deshalb von
negativem Dampfblasenkoeffizient oder inhärenter (innewohnender)
Stabilität. |
| Dieser negative Dampfblasenkoeffizient bei Leichtwasserreaktoren
war in den 50er-Jahren ausschlaggebend für die Wahl dieses Reaktortyps
für die Bundesrepublik Deutschland. |
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Eine Erhöhung der Moderatortemperatur bedeutet, dass das U-238
bei hoher Temperatur mehr, bei niedriger Temperatur weniger Neutronen
absorbiert. Dieser Effekt wirkt also einem Anstieg der Anzahl freier
Neutronen und damit auch einem Anstieg der Kernspaltungen entgegen.
Kleine Leistungsänderungen werden dadurch selbsttätig ausgeglichen.
Zum anderen bedeutet grundsätzlich eine Erhöhung der Moderatortemperatur,
dass die Bewegungsenergie der Moderatoratome bzw. Moderatormoleküle
zunimmt. Sie überträgt sich dann auch auf die Neutronen,
die nun nicht mehr so schnell abgebremst werden. |
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