Was ist in einem Kernkraftwerk kritisch?

Es ist nicht so katastrophal wie es klingt

Wenn der atomspaltende Reaktor eines Kernkraftwerks normal arbeitet, wird gesagt, dass er "kritisch" oder in einem Zustand von "Kritikalität" ist.

Die Verwendung des Begriffs "Kritikalität" mag als Erklärung für die Normalität kontraintuitiv erscheinen. Im alltäglichen Sprachgebrauch beschreibt das Wort oft Situationen mit Katastrophenpotenzial. Im Zusammenhang mit der Kernenergie weist "Kritikalität" jedoch darauf hin, dass ein Reaktor sicher arbeitet.

Kritikalität ist ein ausgewogener Zustand

Kernreaktoren verwenden Uranbrennstäbe - lange, schlanke Zirkoniummetallröhren mit Pellets aus spaltbarem Material - um durch Spaltung Energie zu erzeugen. Spaltung ist der Prozess der Spaltung der Kerne von Uran-Atomen, um Neutronen freizusetzen, die wiederum mehr Atome spalten und mehr Neutronen freisetzen. Kritikalität bedeutet, dass ein Reaktor eine anhaltende Spaltkettenreaktion kontrolliert, wobei jedes Spaltungsereignis eine ausreichende Anzahl von Neutronen freisetzt, um eine fortlaufende Reihe von Reaktionen aufrecht zu erhalten.

In dem ausgeglichenen Zustand der Kritikalität erzeugen und verlieren Brennstäbe innerhalb eines Kernreaktors eine konstante Anzahl von Neutronen, und das Kernenergiesystem ist stabil.

Spalt erzeugt sehr viel Energie in Form von sehr hoher Hitze und Strahlung. Deshalb sind die Reaktoren in Strukturen unter dicken Stahlbetonkuppeln untergebracht. Kraftwerke nutzen diese Energie und Wärme, um Dampf zu erzeugen, um Generatoren anzutreiben, die Elektrizität erzeugen.

Kritikalität kontrollieren

Wenn ein Reaktor anläuft, wird die Anzahl der Neutronen auf kontrollierte Weise langsam erhöht. Neutronenabsorbierende Steuerstäbe im Reaktorkern dienen zur Kalibrierung der Neutronenproduktion. Die Steuerstäbe bestehen aus neutronenabsorbierenden Elementen wie Cadmium, Bor oder Hafnium.

Je tiefer die Stäbe in den Reaktorkern abgesenkt werden, desto mehr Neutronen absorbieren die Stäbe und desto weniger Spaltung tritt auf. Abhängig davon, ob mehr oder weniger Kernspaltung, Neutronenerzeugung und -leistung gewünscht sind, ziehen oder senken Techniker die Regelstäbe in den Reaktorkern.

Sollte eine Fehlfunktion auftreten, können die Techniker Steuerstäbe in den Reaktorkern eintauchen, um Neutronen schnell aufzusaugen und die Kernreaktion zu stoppen .

Was ist überkritisch?

Beim Start wird der Kernreaktor kurzzeitig in einen Zustand versetzt, der mehr Neutronen erzeugt als verloren geht. Dieser Zustand wird "überkritischer" Zustand genannt, der es der Neutronenpopulation ermöglicht, zuzunehmen und mehr Leistung zu erzeugen. Wenn die gewünschte Stromproduktion erreicht ist, werden Einstellungen vorgenommen, um den Reaktor in einen kritischen Zustand zu versetzen, der die Neutronenbalance und die Energieerzeugung aufrechterhält. Manchmal, zum Beispiel während einer Wartungsabschaltung oder einer Betankung, werden Reaktoren in einen "unterkritischen" Zustand versetzt, so dass die Neutronen- und Stromproduktion abnimmt.

Weit entfernt von dem besorgniserregenden Zustand, den sein Name andeutet, ist Kritikalität ein wünschenswerter und notwendiger Zustand für ein Kernkraftwerk, das einen beständigen und stetigen Strom von Energie erzeugt.