Skip to main content
Disciplines
Automotive Business IT + Informatics Construction + Real Estate Electrical Engineering + Electronics Energy + Sustainability Insurance + Risk Finance + Banking Management + Leadership Marketing + Sales Mechanical Engineering + Materials
Events
DE
EN
Books
Journals
Topic Page
Marketing
Start single access now
Access for companies
EXTENDED SEARCH
Log in
Top

2020 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Die vierte Generation der Kernreaktoren

Grundlagen, Typen und Nutzen verständlich erklärt

Author: Prof. Dr. Thomas Schulenberg

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Login to get access
insite
SEARCH

About this book

Dieses Buch richtet sich an Leserinnen und Leser, die mehr über Kernreaktoren der vierten Generation erfahren möchten, ohne jedoch tief in die Kerntechnik einsteigen zu müssen. Als diese Kernreaktoren bezeichnet man einige visionäre Konzepte, an die besondere Kriterien hinsichtlich Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit vom Generation IV International Forum gestellt wurden. Im Buch werden daher unter anderem innovative wasser- und flüssigmetallgekühlte Reaktoren, Hochtemperatur- sowie Salzschmelzreaktoren beschrieben und ihre Bedeutung für Wirtschaft und Gesellschaft diskutiert.

Der Autor vermittelt relevante Grundkenntnisse der Kerntechnik und zeigt dann anhand einiger anschaulicher Beispiele, welche zukünftigen Chancen diese vierte Generation von Kernreaktoren bietet, aber auch, welche Herausforderungen damit verbunden sein werden.

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Thomas Schulenberg studierte Physik und Maschinenbau und promovierte auf dem Gebiet der natriumgekühlten Reaktoren. Während seiner vierzehnjährigen Industriekarriere entwickelte er Gasturbinen für konventionelle Kraftwerke. Seit 2000 war Prof. Schulenberg Leiter des Instituts für Kern- und Energietechnik des Karlsruher Instituts für Technologie und hielt dort Vorlesungen über konventionelle Kraftwerkstechnik ebenso wie über Kernkraftwerkstechnik. Als Mitglied des Lenkungsausschusses für wassergekühlte Reaktoren der vierten Generation engagierte er sich viele Jahre aktiv im Generation IV International Forum.

Table of Contents

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung
Zusammenfassung
In der Kerntechnik ist die vierte Generation ein Sammelbegriff für Konzepte, die spannend sind, die der Markt aber heute noch gar nicht benötigt. Es ist auch nicht sicher, ob der Markt diese Konzepte jemals benötigen wird. Die vierte Generation gab es eigentlich schon seit Beginn der Entwicklung von Kernkraftwerken. Es gab nur noch nicht diese Bezeichnung dafür. Es ist damit also nicht ein bestimmter Zeitraum gemeint, sondern eher eine Vision, die die Forschung antreibt. Sie wurde um die Jahrtausendwende revitalisiert durch eine Initiative des Department of Energy (DOE) der USA und hat seitdem viele junge Ingenieure begeistert.
Thomas Schulenberg
Kapitel 2. Grundlagen der Kerntechnik
Zusammenfassung
Wir beginnen zunächst mit einem Ausflug in die Kernphysik. Ein Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Protonen sind elektrisch positiv geladen, mit der gleichen Ladung wie ein Elektron, nur halt mit positivem Vorzeichen.
Thomas Schulenberg
Chapter 3. Innovative wassergekühlte Reaktoren
Zusammenfassung
Ein konventioneller wassergekühlter Reaktor, egal ob ein Druckwasserreaktor oder ein Siedewasserreaktor, hat einen recht bescheidenen Wirkungsgrad von etwa 35 %. Wenn wir sehr kaltes Kühlwasser für den Kondensator bekommen können, z. B. das Ostseewasser in Finnland, ist der Wirkungsgrad etwas höher, ca. 36 %, aber das ist verglichen mit einem modernen Kohlekraftwerk immer noch sehr wenig. Der Wasser-Dampf-Prozess eines konventionellen wassergekühlten Reaktors ist eigentlich immer noch der gleiche wie in den 1960er Jahren.
Thomas Schulenberg
Kapitel 4. Hochtemperaturreaktoren
Zusammenfassung
Ein Druckwasserreaktor erzeugt Sattdampf in seinen Dampferzeugern mit weniger als 300 °C. Die Hüllrohre des Brennelements sind aus Zircaloy, das zwar erst bei ca. 1850 °C schmilzt, aber schon bei weit niedrigeren Temperaturen, bereits oberhalb von 450 °C, in Wasser korrodiert. Reaktoren, die überkritischen Dampf erzeugen, haben deshalb Hüllrohre aus Edelstahl, der erst oberhalb 650 °C korrodiert; sie ermöglichen Dampftemperaturen von etwa 500 °C. Wenn wir mit der Temperatur noch wesentlich höher hinaus wollen, hilft nur noch Keramik.
Thomas Schulenberg
Kapitel 5. Der Brennstoffkreislauf
Zusammenfassung
Die Reaktorkonzepte der vierten Generation, die wir bisher betrachtet hatten, haben ein thermisches Neutronenspektrum. Sie sind heißer am Kernaustritt als Reaktoren der dritten Generation, wodurch man einen höheren Wirkungsgrad erreicht und hoffentlich geringere spezifische Kosten des Kraftwerks. Die weiteren Reaktorkonzepte der vierten Generation, die ich Ihnen vorstellen möchte, haben dagegen ein schnelles Neutronenspektrum. Um den Sinn dieser Konzepte zu verstehen, müssen wir uns allerdings zunächst mit dem Brennstoffkreislauf beschäftigen.
Thomas Schulenberg
Kapitel 6. Natriumgekühlte schnelle Reaktoren
Zusammenfassung
Nach diesem Ausflug in die Radiochemie können wir uns in den folgenden Kapiteln anschauen, wie die schnellen Reaktoren gebaut werden können, die für ein wirklich nachhaltiges Konzept benötigt werden.
Thomas Schulenberg
Kapitel 7. Bleigekühlte schnelle Reaktoren
Zusammenfassung
Die zwei gravierendsten Probleme des natriumgekühlten schnellen Reaktors lassen sich einfach dadurch beheben, dass man ein anderes Kühlmittel nimmt. Hier bietet sich flüssiges Blei an. Es zeigt weder mit Wasser noch mit Luft irgendwelche heftige chemische Reaktionen.
Thomas Schulenberg
Kapitel 8. Gasgekühlte schnelle Reaktoren
Zusammenfassung
Es gibt noch andere Optionen, einen schnellen Reaktor zu kühlen. So wie man einen thermischen Reaktor mit Gas kühlen kann, wäre es ja auch denkbar, einen schnellen Reaktor auf diese Weise zu kühlen. Gase, die dafür in Frage kämen, sind z. B. Helium, CO2 oder Wasserdampf. Ein paar Beispiele möchte ich in diesem Kapitel kurz vorstellen.
Thomas Schulenberg
Kapitel 9. Salzschmelzenreaktoren
Zusammenfassung
Der sechste Reaktortyp im Generation-IV-Programm ist etwas völlig anderes. Der Brennstoff Uran oder Plutonium liegt hier nicht als festes Pellet oder Partikel vor, sondern flüssig. Uran, Thorium, aber auch Transurane bilden mit Fluor Salze, die schon bei mäßigen Temperaturen schmelzen. Gemischt mit anderen Fluoriden kann so eine Salzschmelze dann gleichzeitig Brennstoff und Kühlmittel sein. Für die Forschung ist dieser Reaktortyp derzeit die spannendste Option. Bisher haben vor allem Physiker und Chemiker Vorarbeiten geleistet und es bleibt noch viel Konstruktionsarbeit übrig, bis daraus ein richtiges Kraftwerk entsteht. Ich kann Ihnen aber gern erläutern, wie weit wir bis heute gekommen sind.
Thomas Schulenberg
Kapitel 10. Bedeutung für Wirtschaft und Gesellschaft
Zusammenfassung
Was ist nun also die vierte Generation? Alles schon mal dagewesen und hat sich dann wirtschaftlich nicht durchgesetzt? Nüchtern betrachtet kann man das durchaus behaupten. Die Kernreaktoren der vierten Generation sind eher der Forschung zuzuordnen. Einen Marktbedarf gab es nie für sie.
Thomas Schulenberg
Backmatter
Metadata
Title
Die vierte Generation der Kernreaktoren
Author
Prof. Dr. Thomas Schulenberg
Copyright Year
2020
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-61605-5
Print ISBN
978-3-662-61604-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-61605-5

Premium Partners

    Image Credits