Es mag selbstverständlich sein, aber ich frage nach einem Kernspaltungsreaktor. Ich gehe davon aus, dass der Kraftstoff nach dem Verbrauch noch Masse hat. Wenn ich damit richtig liege, kann ich es nicht verwenden um meine Frage zu beantworten. Daher meine Frage.
Die Gesamtenergie aus der Spaltung eines Atoms von U-235 beträgt nach Kaye und Laby 202,5 MeV .
Typischer Kernbrennstoff ist auf etwa 5 % U-235 angereichert, aber niemals auf mehr als etwa 18 % – höher als das, und Sie sprechen von Material für Bomben. Es ist sehr schwierig, den "Energiegehalt" von Kernbrennstoff zu definieren, ohne zu wissen, welche Art von Reaktor Sie verwenden und welche U-235-Konzentration dieses Design für "frischen" Brennstoff und für "verbrauchten" Brennstoff hat (Anmerkung dass die Brennstäbe um den Reaktor herum bewegt werden - IIRC, die am stärksten angereicherten Stäbe beginnen an der Peripherie, wo der Neutronenfluss geringer ist, und im Laufe der Zeit werden sie in Richtung Zentrum bewegt, wo ein höherer Neutronenfluss bedeutet, dass Sie die letzten paar Spaltungsreaktionen herauspressen können von ihnen).
Wenn Sie beispielsweise von einer Anreicherung von 10 % auf eine Anreicherung von 2 % gehen, würden Sie 0,08 Gramm U-235 „verbrennen“. Die freigesetzte Energie wäre die Anzahl der Atome in einem Gramm Brennstoff, multipliziert mit der Energie, die die Spaltung eines Atoms freisetzt (ich hoffe, Sie können nachvollziehen, woher diese Zahlen kommen, ohne dass ich Symbole erfinden und erklären muss ...):
Vergleicht man dies mit Kohle mit ungefähr 24 kJ/g Quelle – aber beachten Sie, dass es VIEL Variabilität gibt , sehen Sie, dass Uran einen Vorteil von etwa einem Faktor von 275.000 hat – oder 1 Gramm Uran entspricht 275 kg Kohle.
Typischerweise sehen Sie Zahlen wie „3000 kg Kohle“. Aber das vergleicht man mit reinem Uran – hier haben wir uns Brennstoff angesehen, bei dem nur 8 % des Gewichts in Energie umgewandelt werden. Die gleiche Berechnung würde etwa 3500 kg Kohle ergeben, die 1 Gramm 100 % U-235 entsprechen. Das ist nah genug an dem allgemein angegebenen Wert. Natürlich variiert die von Kohle abgegebene Wärmemenge je nach Typ stark - die Quellen variieren um mehr als das Zweifache zwischen der Kohle mit der niedrigsten und der höchsten Energiedichte.
Du musst die Massenänderung verwenden. Ermitteln Sie zunächst die Masse des Elements/Brennstoffs, wenn es vollständig ist. Bestimmen Sie dann die Masse des Reaktionsergebnisses: die beiden neuen Elemente und die Neutronen. Nehmen Sie das Ergebnis von Schritt 1 und subtrahieren Sie das Ergebnis von Schritt 2. Dies ist die Masse, die Sie in die Gleichung einsetzen.