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Der Reaktorkern hat keine kritische Masse

Der Reaktorkern ist ein 75 Kilogramm schwerer Zylinder aus einer Uran-Molybdän-Legierung mit zu 93 Prozent angereichertem Uran-235. Er ist 30 Zentimeter lang, der Durchmesser beträgt 11 Zentimeter. Die Legierung wurde für den Einsatz in Forschungsreaktoren entwickelt. Sie ist formstabil bei längerem Betrieb des Reaktors - anders als reines Uran - und hat dennoch eine relativ hohe Dichte. In Forschungsreaktoren ermöglicht das höhere Neutronenflussdichten, im Kilopower-Reaktor minimiert es die nötige Menge Uran, um überhaupt eine Kettenreaktion zustande zu bringen.

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In der Mitte des Reaktorkerns ist ein vier Zentimeter großes zylindrisches Loch für einen Steuerstab aus Borcarbid, der Neutronen absorbiert. Er dient später zum Start und zur feinen Steuerung des Reaktors. Dabei ist der Reaktorkern so gebaut, dass er auch ohne den Steuerstab keine kritische Masse erreichen kann, selbst dann nicht, wenn er vollständig von Wasser umgeben ist. Um überhaupt eine Kettenreaktion in Gang zu bringen, muss der Reaktorkern von einem Neutronenreflektor umgeben sein.

Der Reflektor besteht aus etwa 70 Kilogramm Beryllium. Das ist als Reflektor noch effizienter als Wasser, vor allem, weil es weniger Neutronen absorbiert. Ein Neutronenreflektor ist dabei jedes Material, in dem Neutronen gegen die Atome prallen und in zufällige Richtungen abprallen, möglichst ohne dabei absorbiert zu werden. Je dicker dieses Material ist, desto höher ist die Chance, dass die Neutronen wieder zurück zum Reaktorkern gelangen. Mathematisch ist der Prozess ähnlich dem Treibhauseffekt durch Wasserdampf und Kohlendioxid in der Erdatmosphäre, nur mit Neutronen statt Infrarotstrahlung.

Der Reaktor wird erst nach dem Start zusammengesetzt

Bis zur Inbetriebnahme bleiben der Reflektor und der Reaktorkern voneinander getrennt. Die Kettenreaktion kann erst einsetzen, wenn der Reaktorkern im Reflektor ist und der Steuerstab aus dem Reaktorkern gezogen wird. Das verhindert eine ungewollte Kettenreaktion und ist auch für den flugbereiten Reaktor beim Start wichtig. Immerhin besteht im Fall eines Fehlstarts die theoretische Möglichkeit, dass der Reaktorkern intakt und ohne Steuerstab im Meer landet. So kann ein Sturz ins Wasser nicht zu einer Kettenreaktion führen, weil Wasser ein etwas schlechterer Reflektor als Beryllium ist und die Margen für die Kettenreaktion mit Absicht sehr klein gehalten wurden.

Die reflektierten Neutronen werden durch die Kollisionen mit den Atomen im Berylliumreflektor auch abgebremst, bevor sie in den Reaktorkern zurückkehren. Sie haben dadurch eine höhere Chance, ein Uranatom zu spalten. Der größte Teil der Kernspaltung geschieht aber mit schnellen Neutronen. Der Reaktor benötigt deshalb vergleichsweise viel Uran, um eine kritische Masse zu erreichen. Dafür ist er insgesamt kompakter als ein Reaktor gleicher Leistung mit Moderator. Er benötigt im Einsatz daher auch nur einen kompakten, 90 Kilogramm schweren Strahlenschild, um die Elektronik der Raumsonde vor Neutronen und Gammastrahlung aus dem Reaktor zu schützen. Der gesamte Aufbau wiegt etwa 250 Kilogramm.

 Kilopower: Ein Kernreaktor für RaumsondenEin kleines Experiment diente zur Vorbereitung 
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DirtyCry 22. Mär 2018

Also ich hab den Müll lieber kontrollierbar in Fässern mit Lagern die alle 20 Jahre mal...

horotab 21. Dez 2017

Flüssigsalzreaktoren wurden nach dem zweiten Weltkrieg auch erforscht, zeitweise war in...

FlashBFE 11. Dez 2017

Die Sprecherin ist schon richtig gut, auch wenn man merkt, dass sie nicht vom Fach ist...

emdotjay 11. Dez 2017

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