E2 Kettenreaktion

Thema

Von den vielen freien Neutronen, die bei der gleichen Kernspaltung wie im vorherigen Modell beschrieben freigesetzt werden, können einige von anderen spaltbaren Atomkernen in der Nähe absorbiert werden. Dies löst weitere Kernspaltungen aus, die wiederum mehr freie Neutronen freisetzen: Dieser sich selbst erhaltende Prozess ist die Kettenreaktion. Ihr Protagonist ist nicht ein einzelnes Neutron, sondern die gesamte Neutronenpopulation, die von einer Spaltungsgeneration zur nächsten weitergegeben wird.

Ob diese Kette wächst, aufrechterhalten wird oder abstirbt, hängt allein davon ab, wie viele Neutronen jede Kernspaltung im Durchschnitt erzeugt, die tatsächlich eine weitere Spaltung auslösen: Übersteigt dieser Durchschnitt eins, steigt die Spaltungsrate mit der Zeit; beträgt er genau eins, bleibt die Rate konstant – der Zustand der Kritikalität, der den normalen und stabilen Betriebszustand eines Leistungsreaktors darstellt; und ist er kleiner als eins, klingt die Reaktion allmählich ab.

Nicht alle freigesetzten Neutronen stehen für die Aufrechterhaltung dieser Spaltungskette zur Verfügung: Einige entweichen aus dem Brennstoffvolumen, ohne einen weiteren spaltbaren Kern zu finden, andere werden von nicht spaltbaren Materialien im Reaktor – der Struktur, dem Kühlmittel, den angesammelten Spaltprodukten – absorbiert, ohne weitere Spaltungen auszulösen. Je mehr dieser beiden Verlustwege existieren, desto mehr Neutronen müssen produziert werden, um die gleiche Kritikalität aufrechtzuerhalten. Daher ist die gesamte Reaktorkonstruktion, von der Kerngeometrie bis zur Materialwahl, auf die sorgfältige Steuerung dieses Gleichgewichts ausgerichtet.

Aus diesem Grund zeigt dieses Modul, das mit der Übertragung von Neutronen von einer Spaltungsgeneration zur nächsten beginnt, dass die Aufrechterhaltung der Kritikalität kein Zustand ist, der sich von selbst einstellt, sondern ein aktives Gleichgewicht zwischen produzierten Neutronen, verlorenen Neutronen und Neutronen, die tatsächlich weiterhin Spaltungen auslösen – ein Gleichgewicht, das die Moderations- und Kontrollmodelle in diesem Katalog anschließend entwickeln.

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