Wie wird eigentlich Energie aus der Spaltung gewonnen?

Jede Quelle, die ich im Moment finden kann, sagt nur so etwas wie "Energie / Wärme wird durch Kernspaltung freigesetzt", aber ich kann keine Beschreibung des spezifischen Mechanismus finden.

Ich weiß, dass die Energie-„Umwandlung“ sozusagen von „nuklear“ [im Mutterkern] zu „thermisch“ [im Kühlmittel (Wasser)] erfolgt, aber ich suche nach einem Verständnis dafür, was auf einer grundlegenden Ebene passiert .

Ich weiß, dass die Tochterkerne und freien Neutronen kinetische Energie haben werden. Wird diese dann über Atomstöße auf das Wasser übertragen?

Helfen die Gammastrahlen, das Wasser zu erhitzen? Wenn das so ist, wie?

Antworten (2)

In Kernreaktoren wird die Wärme verwendet (wenn sie verwendet wird 1 ), um eine Art Motor anzutreiben. In großen Landkraftwerken wird die vom Wasser aufgenommene Wärme zum Antrieb von Dampfturbinen genutzt. 2 Die meisten dieser Reaktoren verwenden Wasser als Moderator, sodass die Arbeitsteile des Reaktors ständig unter Wasser sind. In graphitmoderierten Reaktoren fließt das Arbeitsmedium (zB Wasser) in Rohren durch den Moderator und wird durch Kontakt mit den heißen Moderatoren erhitzt.

Auf mikroskopischer Ebene entsteht Wärme, wenn schnelle Spaltfragmente oder Gammastrahlen auf andere Moleküle treffen und diese in Bewegung versetzen.

Es gibt auch eine Klasse von Geräten, die als "Radiothermalgeneratoren" bezeichnet werden. Diese nutzen die Wärme direkter, um elektrothermische Generatoren anzutreiben. Das ist noch weniger effizient, aber sie haben keine beweglichen Teile und sind sehr kompakt. Sie werden auf Raumfahrzeugen verwendet.

1 Einige kleine Reaktoren werden nur zu Trainingszwecken oder zur Nutzung des Neutronenflusses betrieben. Oft als "Testreaktoren" bezeichnet, werden sie überhaupt nicht zur Stromerzeugung verwendet.

2 Aus Sicherheitsgründen wird das vom Reaktor erhitzte Wasser tatsächlich durch einen Wärmetauscher geleitet, um eine andere Wasserversorgung zu erwärmen, die zum Betreiben der Turbine verwendet wird.

OK danke. Meine Frage ist, wie wird "Wärme von Wasser absorbiert"?
Ausgezeichnet, "Auf mikroskopischer Ebene entsteht Wärme, wenn schnelle Spalt- oder Gammastrahlenfragmente auf andere Moleküle treffen und sie in Bewegung setzen." war genau das, wonach ich gesucht habe. Denke nicht, dass du eine Quelle hast, oder?
Der Zusammenhang zwischen der Bewegung mikroskopisch kleiner Teile eines Materials und der Temperatur ist Gegenstand der "kinetischen Theorie" und etwa 125 Jahre alt. Jeder allgemeine Physiktext oder Text der thermischen Physik reicht aus. Die Wechselwirkung von ionisierender Strahlung und Materie ist jünger – vielleicht erst 75 Jahre alt –, aber jeder Text über Strahlenschutz oder Experimente in der Nuklear-/Teilchenphysik wird sie ausführlich behandeln. Es gibt auch ein Kapitel zu diesem Thema im Partikeldatenbuch , obwohl es davon ausgeht, dass Sie die Grundlagen bereits kennen und nur eine Erinnerung an die Details benötigen.
Ja, ich bin eindeutig nicht hinter einer Quelle für die kinetische Theorie selbst her. Ich fragte mich, wie viel der Erwärmung von den schnellen Spaltfragmenten stammte und wie viel von den Gammastrahlen (wenn überhaupt).
@ User17670 Tatsächlich interagieren die schnellen Spaltfragmente fast nie direkt mit dem Wasser (oder einem anderen Wärmeübertragungsmedium), sondern stoppen innerhalb der Brennelemente aufgrund von Kollisionen mit Atomen (Brennstoff, Spaltprodukten oder Eindämmungsmaterialien, die verhindern, dass der Brennstoff in das Wasser eindringt ) . Dies erhöht die Temperatur des Brennstoffelements und damit der Oberfläche des Elements, wahrscheinlich eines Metalls wie Zirkonium oder Edelstahl. Das das Brennstoffelement umgebende Wasser (oder Gas) erwärmt sich dann durch Leitung und Strahlung, weil es eine niedrigere Temperatur als das Brennstoffelement hat.

Wenn ein Isotop spaltet, setzt es irgendwo zwischen 2-3 schnelle Neutronen, prompte Gammastrahlen und normalerweise zwei Spaltprodukte frei. Die Spaltprodukte sind radioaktiv, und ein Teil des Zerfalls der Spaltprodukte setzt zusätzliche Energie in Form von Betastrahlen, Gammastrahlen und Neutrinos frei.

Die meiste Energie (etwa 80 Prozent) wird als kinetische Energie der Spaltprodukte freigesetzt, wodurch sich der Kernbrennstoff aufheizt. In den meisten kommerziellen Reaktoren fließt Wasser durch den Kern, um die Wärme aus dem Brennstoff zu entfernen, und das Wasser wird verwendet, um Dampf für eine Turbine zu erzeugen.

Es gibt verschiedene Quellen dafür, wie viel Energie genau freigesetzt wird. In dem Buch "Nuclear Reactor Theory" von JR Lamarsh (1966) ist die folgende Tabelle angegeben:

Fission fragments  168 MeV
Fission product decay
  beta rays          8 MeV
  gamma rays         7 MeV
  neutrinos         12 MeV  (this energy cannot be recovered)
prompt gamma rays    7 MeV
Fission neutrons     5 MeV
Total              207 MeV

Aktuellere Daten sind in den ENDF/B-Daten zu finden, aber sie kommen der oben gezeigten Tabelle ziemlich nahe.

Wie wird eigentlich Energie aus der Spaltung gewonnen?
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