Bücher der Reihe Kerntechnik in Einzeldarstellungen - Nuclear Engineering Mon

Schnelle Reaktoren wurden erstmals interessant, als es gelungen war, mit ihrer Hilfe mehr spaltbaren Brennstoff zu erbruten, als sie verbrauchen. Da die Weltvorrate an Uran rar erschienen, fuhrte die Aussicht auf die Anlage von Speichern spaltbaren Materials in dem Moment, als die An- lagen und das spaltbare Material selbst verfugbar waren, zur Aufstellung von Entwicklungsprogrammen in den USA, im UK und in der UdSSR. Gegenwartig befinden sich schnelle Reaktoren im Experimentierstadium, und die Weltvorrate an hochprozentigem Uranerz sind ausgedehnter, als man fruher geschatzt hatte. Wenn auch das Problem des sparsamen Um- gangs mit Spaltmaterial fur einige Generationen auer acht gelassen werden kann, so bleibt doch das starke Interesse an schnellen Reaktoren bestehen. Wahrend die Geologen immer mehr Uran fordern, wurden die schnellen Reaktoren so weit entwickelt, da ihre Verfechter sicher sind, da sie mit jedem anderen Kraftwerk, sei es mit spaltbarem oder fossilem Brennstoff betrieben, konkurrenzfahig gemacht werden konnen. Demnachst wird England in die zweite Phase seines Kernenergiepro- grammes eintreten. Gegenwartig wird das Problem untersucht, welcher Reaktortyp (oder welche Typen) in diesem Stadium am gunstigsten ist (sind). Dabei ist fur die schnellen Reaktoren der Umstand von Vorteil, da die Reaktoren der ersten Phase (Berkeley, Bradwe/1 usw.) bis 1970 eine be- deutende Menge Plutonium erzeugt haben werden, welches fur sie dann als Brennstoff verwendet werden kann.

Die Instrumentierung von Kernreaktoren hat die Aufgabe, bleibende Unterlagen von den veranderlichen Groen der Anlage zu schaffen. Daneben soll sie unmittelbare Informationen fur den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb des Reaktors, von Hand oder automatisch, liefern. Zur automatischen Regelung gehort auch das selbsttatige Ab- schalten des Reaktors, sobald ernsthafte Storungen auftreten. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, mu man ein Me-und uber- wachungsprogramm fur folgende Betriebsgroen vorsehen: Reaktorleistung durch Mefuhler auerhalb des Reaktorkerns, Neutronenflu innerhalb des Reaktorkerns, Temperatur von Brennstoff und Moderator, Durchflu, Temperatur, Druck und Aktivitat des Kuhlmittels, Dichtheit der Brennelemente, Dichtheit der Warmetauscher zwischen Kuhl-und Dampfkreislauf, Verschiedenes, z.B. Temperatur des Druckgefaes, der Abschir- mung. In Leistungsreaktoren kommen noch konventionelle Kessel- und Tur- binenmessungen dazu. Fur bestimmte uberwachungsaufgaben werden industrielle Fernsehanlagen eingesetzt. Mit Ausnahme einfachster Versuchsanlagen werden die Anzeige- und Schreibgerate fur die genannten Betriebsgroen eines Reaktors in der Schaltwarte zusammengezogen. Die zentralisierte Betriebsuberwachung ist ein Kennzeichen aller Kernkraftwerke, sie wird erforderlich durch die groe Anzahl von Megeraten und die Kompliziertheit von In- strumentierung und Steuerung. Manchmal ist es jedoch unwirtschaftlich und uberflussig, alle Informationen in die Schaltwarte zu geben. Dann werden einige Gerate in lokalen Leitstanden untergebracht. Zum Beispiel werden im Kernkraftwerk Berkeley Umwalzgeblase und Warmetauscher von Leitstanden in der Nahe der Umwalzgeblase geregelt; nur die wichtigeren Betriebsgroen werden in die zentrale Schaltwarte weiter- gegeben. Es gibt auch eine moderne Entwicklungsrichtung auf vollig zentralisierte uberwachung aller wichtigen Betriebsgroen von Kern- kraftwerken.

Die ersten Schriften dieser Serie iiber Physik und Technik von Kern­ reaktoren haben den gewaltigen Umfang der Kenntnisse dargelegt, die in den vergangenen 15 Jahren auf diesem Gebiet erworben wurden. Um jedoch physikalische und technische Grundlagen praktisch zu ver­ werten, wird eine groBe Zahl von Materialien fiir den Bau ben6tigt: Spaltbares Material oder Brutstoffe in metallischer oder keramischer Form, die von Metallen mit geringen Einfangquerschnitten fiir Neutronen umhiillt, in den Moderatoren Graphit oder Wasser (bei sog. thermischen Reaktoren) eingesetzt sind und von Stoffen gekiihlt werden, die zum Warmetransport geeignet sind. Die Entwicklung solcher Materialien mit den erforderlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften in hohen Fliissen von Neutronen und y-Quanten ist eine groBe Aufgabe gewesen und ist es noch heute. Metallurgen vieler Lander haben diese Herausforderung angenommen. Sie haben Verfahren fUr die Gewinnung von seltenen Metallen, wie Beryllium, Zirkon und Niob, aus ihren Erzen und fiir die Weiterverarbeitung zu Blechen, Rohren und Stangen ent­ wickelt. Viele der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Stoffe sind sowohl im Labor als auch in starken Neutronenfliissen gemessen worden. Dariiber hinaus hat es sich oft als m6glich erwiesen, ihr Verhalten mit den neuen Theorien der Fest-K6rper-Physik zu erklaren. Es ist fiir den Reaktorphysiker und Ingenieur wichtig, die M6glichkeiten und Grenzen der Stoffe abschatzen zu k6nnen, mit denen er zu arbeiten hat. Das erste Ziel der vorliegenden Schrift ist, den erwahnten Berufs­ gruppen den gegenwartigen Stand des Wissens um die Reaktormaterialien mitzuteilen.