Fukushima - Verheimlichen die Japaner etwas?

[keyma]

Mein Mathe LK | Physik-Lehrer hat uns heute in der Stunde einen Vortrag über Kernphysik gehalten. Er bezweifelt, dass die Japaner einen reinen Siedewasserreaktor mti negativen Dampfblasenkoeffizienten verwenden. Die Sache ist diese,
bei einem Reaktor wie z.B. in Tschornobyl (mit positiven Dampfblasenkoeffizient) welcher durch Graphit modertiert wird, steigt die thermische Energie mit der Abnahme des Wassers im Reaktor. D.h. verschwindet das Kühlwasser, so steigt die thermische Energie im Reaktor an.Das führt dann im worst-case ebenhalt zur Kernschmelze.
In den Reaktoren die wir in Deutschland,Frankreich, Italien haben, ist der Dampfblasenkoeffizient negativ. D.h. sollte es in unseren Kraftwerken wirklich zu dem Fall kommen, dass die Kühlpumpen versagen, so werden die Steuerstäbe in den Reaktor gefahren und er kommt zum erliegen. Durch den fallenden Wasserstand sinkt automatisch die Temperatur im Reaktor, da der Reaktor das Wasser zum "Arbeiten" benötigt.
Es ist also vorstellbar, dass die Japaner einen Reaktor in einer "Mischbauweise" benutzen, der irgendwo zwischen Tschornobyl und unseren liegt. D.h. Siedewasserreaktor mit Graphitmoderator bzw. positiven Dampfblasenkoeffizienten. Da ist es der Fall das dass Wasser gleichzeitig als Kühlmittel und Moderator dient und sobald es verschwindet (ähnlich der Steuerstäbe) die Aktivität steigt. Es entsteht also mehr thermische Energie mit der Abnahme des Wassers.
Das würde erklären, wieso die Japaner verzweifelt versuchen, die kaputten Reaktoren mit Meerwasser zu kühlen. Sie sind ja "abgeschaltet" - durch die Steuerstäbe. Aber dennoch ist die Restzerfallswärme unheimlich hoch.
Durch das Meerwasser entstanden vermutl. auch die Explosionen (Wasserstoffexplosion).
Wasserstoff explodiert ab einem bestimmten Druck.

Es bleibt also "offen" ob die Japaner wirklich den Reaktortyp benutzen, den sie vorgeben.
Wieso sollte man sonst, verzweifelt Meerwasser einspeisen und Wasserstoff explosionen in Kauf nehmen, wenn ohne Wasser die Reaktoren mit negativem Dampfblasenkoeffizient an thermischer Energie abnehmen?

Was sagt ihr dazu?
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(David Ben Gurion)

[DaRealAd]

Naja, ganz so stimmt das nicht.

Insoweit richtig ist folgendes:
Beim positiven Dampfblasenkoeffizient in Tschernobyl hast du das Problem, dass bei einem Kühlmittelverlust, sich die Leistung noch weiter erhöht und die Kernschmelze damit beschleunigt wird
Bei negativem Dampfblasenkoeffizient nimmt die Reaktion mit Kühlmittelverlust ab.


Die Restzerfallswärme ist aber in jedem Fall da und nicht regelbar. Die muss weiterhin abgeführt werden und liegt immernoch im Bereich von mehreren Megawatt. Ein Kernreaktor ist eben nicht sofort aus, wenn man auf den "Not-Aus"-Knopf drückt....
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Abi: 2003
Studium: 2008
BU: 24.08.2011
FQ: 28./29.11.2011 - Interview

[keyma]

Ja klar. Schluss ist da nicht sofort.
Aber beim negativen Dampfblasenkoeffizienten steigt zumindest die thermische Energie nicht weiter an.
Das scheint ja bei den Japanern zu passieren.

Was denkst Du denn?
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(David Ben Gurion)

[möchtegern_pilot]

Ich glaube Dein Lehrer hat den Effekt der Nachzerfallswärme komplett außer acht gelassen. Zumindest schreibst Du hiervon nichts.

Mit dem Einfahren der Steuerstäbe ist die Kettenreaktion schlagartig unterbrochen.
Es ist aber ein komplett normaler Vorgang dass bei Leichtwasserreaktoren danach immernoch eine beträchtliche Wärmeleistung frei wird.

Wikipedia gibt 5-10% an.

In unserem Fall sind dass dann ~,4 GW. Und dass ist wirklich eine rießige Leistung die hier abgeführt wreden muss.

[ImhO77]

Jo, 8% war auch mein Kenntnisstand.

[Alice D.]

Es spielt meines Wissens nicht nur der Koeffizient mit rein. Es gibt auch noch s.g. Rekombinatoren, die den Wasserstoff umwandeln. Deutsche AKWs haben den drin, der 40 Jahre alte Reaktor von GE aber nicht.

[keyma]

mmh ja das stimmt wohl.
Vielleicht hat er das in seinem Wutanfall über die Medienberichterstattung verschluckt

Aber echt eine sche** Situation.
Reaktor 1,2,3 sind explodiert 4 hat gebrannt und in 5 und 6 ist die Kühlung jetzt unterbrochen?!

Gruß
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[EDML]

Da sind 2 kritische Faktoren die eine Rolle spielen:

1. Die Restzerfallswärme. Diese ist erheblich und MUSS abgeführt werden.

2. Kommt es - auch nur Teilweise - zu einer Kernschmelze dann steigt die Leistung wieder an da die Kernbrennstoffe kompakter gepackt werden und die Wirksamkeit der Steuerstäbe abnimmt.

Die Rekombinatoren für Wasserstoff gibt es vor allem bei Druckwasserreaktoren - Siedewasserreaktoren haben nur kleinere um Knallgas das durch Radiolyse entsteht zu eliminieren. Die massiven Wasserstoffmengen die bei einem Störfall mit Kernschmelze entsteht können sie auch nicht abbauen.

Gruß, Marcus

[imp]

Da hast du entweder nicht richtig aufgepasst oder euer Lehrer hat euch was falsches erzählt.

Richtig ist, dass in Siedewasserreaktoren (genauso wie in Druckwasserreaktoren auch) Wasser sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator eingesetzt wird, während der RBMK (Tschernobyl Reaktor) graphitmoderiert ist und das Wasser lediglich der Kühlung dient.

Der Moderator ist notwendig um die freiwerdenden Neutronen "abzubremsen" weil die Wahrscheinlichkeit sonst sehr gering ist, dass sie neue Atome spalten. Entzieht man einem Reaktor seinen Moderator (z.b durch Verdampfen des Wassers) dann werden gleichzeitig auch weniger Neutronen gebremst, ergo kommt es zu weniger Spaltungen und damit wird die Kettenreaktion gebremst / bleibt aus.
Ein geringer Teil der Neutronen wird aber trotzdem noch auf spaltbare Atome treffen.

Will man ein Atomkraftwerk nun Schnell- bzw Notabschalten, dann muss man möglichst schnell diese freien Neutronen "einfangen". In modernen AKW wird dies durch die Steuerstäbe realisiert die komplett in den Reaktor eingefahren werden, bzw im Notfall hydraulisch eingeschossen werden oder über elektromagnetische Schalter bei einem Stromausfall direkt zwischen die Brennstäbe fallen. Zusätzlich gibt es auch noch die Möglichkeit Borsäure in den Reaktor einzuspritzen.
Bor ist auch in den Steuerstäben enthalten, weil Bor eine sehr hohe Affinität aufweist die freien Neutronen "aufzunehmen"

Nimmt man nun die Schnellabschaltung (SCRAM) vor, dann wird die Kettenreaktion unterbrochen bzw abgebremst, eben weil das Bor dem Brennstoff die nötigen Neutronen "wegnimmt". Trotzdem findet in den Brennstäben noch ein Nachzerfall statt bei dem eine enorme Menge Energie frei wird.
Abgebrannte Brennstäbe werden ja auch noch über JAHRE hinweg in Abklingbecken gelagert, weil die Nachzerfallswärme noch zu einer Temperatur von einigen Hundert Grad führen würde - und das sind wohlgemerkt Brennstäbe die schon "abgebrannt" sind und aus dem Reaktor entfernt wurden.

Niemand spricht davon dass in Japan die thermische Energie weiter "ansteigt". Die Kettenreaktion an sich ist gestoppt, aber die Nachzerfälle finden halt noch statt.
Wie bereits erwähnt befindet sich diese Energie wenige Stunden nach der Abschaltung noch bei etwa 5% der Nennleistung. Bei modernen AKW liegt die Bruttoleistung um die 800 MEGAWATT 5% davon sind immer noch 40 MEGAWATT, das muss man sich mal vor Augen halten. Ein fetter Starkstrom Heizlüfter mit dem man Garagen usw beheizt hat 4,5 Kilowatt...
Die Nachzerfallswärme klingt dann annähernd exponentiell ab, aber selbst wenn sie momentan nur bei 1,5% der eigentlichen Leistung liegt, sind das immer noch gigantische Mengen Wärmeenergie die abgeführt werden müssen.

Diese Wärme soll eben mit Meerwasser abgeleitet werden (weil kein normales Kühlwasser mehr vorhanden ist)

[satrian]

*bedankt* @ imp
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BU 09/10 August - check check
FQ 19/20 Januar - positive, butz!
MED 01 Februar - take off clearance

-> 397. NFF

[Mace]

[möchtegern_pilot]

@imp:

800MW ist die elektrische Leistung die hinten rauskommt.
Thermische Leistung ist 3-4* die elektrische Leistung.