Was ist Kritikalität in einem Kernkraftwerk?

Wenn der Atomspaltungsreaktor eines Kernkraftwerks normal arbeitet, wird es als "kritisch" oder in einem "Kritikalitätszustand" bezeichnet. "

Die Verwendung des Begriffs" Kritikalität "mag kontraintuitiv erscheinen, um die Normalität zu beschreiben. Im Alltag beschreibt das Wort oft Situationen mit Katastrophenpotenzial. Dennoch bedeutet "Kritikalität" im Zusammenhang mit der Kernenergie, dass ein Reaktor sicher arbeitet.

Kritikalität ist ein ausgeglichener Zustand

Kernreaktoren verwenden Uranbrennstäbe - lange schlanke Metallröhren aus Zirkonium, die Pellets aus spaltbarem Material enthalten - um durch Spaltung Energie zu erzeugen. Spaltung ist der Prozess der Spaltung der Kerne von Uranatomen, um Neutronen freizusetzen, die wiederum mehr Atome spalten und mehr Neutronen freisetzen. Kritikalität bedeutet, dass ein Reaktor eine anhaltende Spaltkettenreaktion steuert, bei der jedes Spaltereignis eine ausreichende Anzahl von Neutronen freisetzt, um eine fortlaufende Reihe von Reaktionen aufrechtzuerhalten.

Im ausgeglichenen Zustand der Kritikalität produzieren und verlieren Brennstäbe in einem Kernreaktor eine konstante Anzahl von Neutronen, und das Kernenergiesystem ist stabil.

Die Spaltung erzeugt sehr viel Energie in Form von sehr hoher Wärme und Strahlung. Reaktoren sind deshalb in Bauwerken unter dicken Metallbetonkuppeln untergebracht. Kraftwerke nutzen diese Energie und Wärme, um Dampf zu produzieren, um Generatoren anzutreiben, die Strom produzieren.

Kritische Kontrolle

Beim Start eines Reaktors wird die Anzahl der Neutronen kontrolliert erhöht. Neutronen absorbierende Kontrollstäbe im Reaktorkern werden zur Kalibrierung der Neutronenproduktion verwendet. 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. Techniker ziehen die Steuerstäbe in den Reaktorkern, je nachdem ob mehr oder weniger Spaltung, Neutronenproduktion und Leistung gewünscht werden.

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

Was ist Überkritikalität?

Bei der Inbetriebnahme wird der Kernreaktor kurzzeitig in einen Zustand gebracht, in dem mehr Neutronen erzeugt werden als verloren gehen. Diese Bedingung wird als "überkritischer" Zustand bezeichnet, der es ermöglicht, dass die Neutronenpopulation zunimmt und mehr Energie erzeugt wird. Wenn die gewünschte Energieproduktion erreicht ist, werden Anpassungen vorgenommen, um den Reaktor in einen kritischen Zustand zu versetzen, der das Neutronengleichgewicht und die Energieerzeugung aufrechterhält. Manchmal werden Reaktoren in einen "unterkritischen" Zustand gebracht, so dass die Neutronen- und Stromproduktion abnimmt.

Weit entfernt von dem besorgniserregenden Zustand, der durch seinen Namen suggeriert wird, ist Kritikalität ein wünschenswerter und notwendiger Zustand für ein Kernkraftwerk, das einen beständigen und stetigen Strom von Energie erzeugt.