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Stirlingmotoren brauchen richtig heiße Heatpipes

Neu am Betrieb eines Reaktors mit einem Stirlingmotor ist, dass der Motor dem Reaktor nicht kontinuierlich Wärme entzieht, sondern zyklisch mit jeder Kolbenbewegung. Mit dieser Betriebsweise gab es noch keine Erfahrung. Bei Erwärmung des Reaktors dehnt sich das Spaltmaterial im Kernreaktor leicht aus. Der Reaktor verliert durch diesen und andere Effekte an Reaktivität und die Kettenreaktion schwächt sich ab. Bei Abkühlung kehrt sich der Effekt um. Normalerweise verläuft die Kettenreaktion dann auf einem Gleichgewichtspunkt, an dem sich beide Effekte aufheben. Das Experiment konnte sicherstellen, dass der Stirlingmotor dieses Gleichgewicht nicht nur in den theoretischen Modellen nicht zu stark beeinträchtigt, sondern auch in der Praxis.

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Duff sollte nur der Demonstration des allgemeinen Prinzips dienen. Das Experiment wurde aber nur mit einer Temperatur von maximal 250 Grad Celsius bei einer Wärmeleistung von 700 Watt betrieben. Dabei kamen Heatpipes mit Wasser zum Einsatz, das darin bei einem Druck von 40 bar flüssig bleibt. Zur Sicherheit wurde diese Art von Heatpipes zuvor bei 350 Grad Celsius und 285 bar (4.000 psi) Druck getestet.

Der effiziente Betrieb von Stirlingmotoren benötigt aber höhere Temperaturen. Beim nun fertiggestellten Krusty-Reaktor sind die Heatpipes deshalb mit Natrium befüllt. Anstatt der acht geplanten Stirlingmotoren mit je 125 Watt Leistung stehen derzeit für den Einsatz in einer Vakuumkammer aber nur zwei 70-Watt-Motoren aus dem Advanced Stirling Converter Project zur Verfügung. Um Zeit und Kosten für die Konstruktion weiterer Motoren zu sparen, sollen die restlichen Motoren für den Test durch einfache Wärmesenken simuliert werden.

Der Reaktor könnte über 500 Jahre laufen

Ein Test wird darin bestehen, die Modelle für das Verhalten des Reaktors beim Defekt einer Heatpipe zu überprüfen. Der Reaktorkern wird sich an dieser Stelle stärker erhitzen. Vor dem Test des echten Reaktors wurden dafür nicht nur theoretische Analysen durchgeführt, sondern alle Teile des Reaktors soweit wie möglich getestet. Die Wärme durch die Kettenreaktion wird dabei durch elektrische Heizelemente simuliert. Für die letzten Tests vor den ersten Kettenreaktionen wurde eigens ein Reaktorkern aus Uran-238 gefertigt. Er hat dadurch die gleichen chemischen und physikalischen Eigenschaften wie der eigentliche Reaktorkern aus Uran-235 - abgesehen von der Kernspaltung und den kleinen Mengen entstehender Spaltprodukte.

Insgesamt soll der Test von Krusty 28 Stunden dauern. Bei einer thermischen Leistung von vier Kilowatt werden in dieser Zeit etwa fünf Milligramm Uran-235 gespalten. Der Reaktor könnte diese Leistung theoretisch für etwa 500 Jahre aufrechterhalten, bevor auch nur ein Prozent des Urans im Reaktorkern gespalten ist. Die Stirlingmotoren würden aber lange vorher verschleißen. Die Betriebszeit im Test ist kurz genug, sodass der Reaktor nach dem Zerfall der kurzlebigen Spaltprodukte von Hand demontiert werden kann.

Ein erfolgreicher Test wäre einer der letzten Schritte vor dem Entwurf und der Konstruktion eines flugfähigen Reaktors. Die Konstrukteure betonen dabei ausdrücklich, dass er nicht für eine bestimmte Mission vorgesehen wurde. Pläne für noch leistungsfähigere Reaktoren auf dem gleichen Konstruktionsprinzip existieren zwar, hängen aber vom Erfolg des kleinen Kilopower-Reaktors ab. In der Vergangenheit wurde die Entwicklung meist an eine bestimmte Mission gekoppelt. Dabei haben sich immer wieder die Vorgaben für die technischen Daten der geplanten Reaktoren geändert. So musste viel Entwicklungsarbeit mehrfach durchgeführt werden, mit entsprechend steigenden Kosten, aber ohne tatsächliches Ergebnis.

 Ein kleines Experiment diente zur VorbereitungKernreaktoren sind beim Start weniger radioaktiv als Radioisotopenbatterien 
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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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