Kernspaltung
Die Spaltung eines schweren Atomkerns wie Uran-235 oder Plutonium-239 in leichtere Kerne nach dem Einfang eines Neutrons; dabei werden etwa 200 MeV Energie und weitere Neutronen frei.
Fängt ein U-235-Kern ein langsames (thermisches) Neutron ein, wird er instabil und spaltet sich, meist in zwei Bruchstücke wie Barium und Krypton, dazu 2–3 schnelle Neutronen. Pro Spaltung werden etwa 200 MeV frei, über 80 % davon als Bewegungsenergie der Bruchstücke, die den Brennstoff aufheizt.
Für eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion muss der effektive Multiplikationsfaktor k gleich 1 sein. In Leichtwasserreaktoren bremst ein Moderator (Wasser) die Neutronen ab, damit sie mit höherer Wahrscheinlichkeit Spaltungen auslösen. Steuerstäbe (Bor, Cadmium, Hafnium) und im Kühlmittel gelöstes Bor fangen Neutronen ein und regeln so die Leistung. Steuerbar ist der Reaktor nur, weil etwa 0,65 % der Spaltneutronen von U-235 verzögert, also erst nach Sekunden aus zerfallenden Bruchstücken, freigesetzt werden.
Leistungsreaktoren nutzen niedrig angereichertes Uran (siehe Urananreicherung). Auch das brütbare U-238 fängt Neutronen ein und wird zu Pu-239, das gegen Ende eines Brennstoffzyklus etwa ein Drittel der Energie liefert. Schnelle Reaktoren ohne Moderator können mehr Brennstoff erbrüten, als sie verbrauchen.
2025 waren etwa 415–440 Reaktoren mit rund 375–400 GW in Betrieb. Sie erzeugten etwa 2.800 TWh, rund 9 % des Weltstroms, mit Lebenszyklusemissionen von etwa 5–12 g CO2e/kWh (UNECE 2021).
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Urananreicherung
Verfahren, das den Anteil des spaltbaren U-235 über die natürlichen 0,711 % hinaus erhöht, für Reaktorbrennstoff oder, bei sehr hohen Graden, für Waffenmaterial.
- Druckwasserreaktor (DWR/PWR)
Der häufigste Reaktortyp: Wasser unter hohem Druck kühlt den Kern, ohne zu sieden, und gibt die Wärme an einen getrennten Dampfkreislauf ab.
- Siedewasserreaktor (SWR)
Leichtwasserreaktor, in dem das Kühlmittel im Kern siedet und der entstehende Dampf die Turbine direkt antreibt, ohne Dampferzeuger.
- Abbrand
Die aus Kernbrennstoff gewonnene thermische Energie pro Masseneinheit des ursprünglichen Schwermetalls, meist in Gigawatttagen pro Tonne (GWd/tSM) angegeben.
- Kernfusion
Die Verschmelzung leichter Kerne wie Deuterium und Tritium zu einem schwereren Kern, bei der Energie frei wird; der Prozess, der die Sonne antreibt, und ein experimenteller Weg zur Stromerzeugung.
- Abgebrannte Brennelemente
Nach dem Einsatz aus dem Reaktor entnommene Brennelemente: hochradioaktiv, stark wärmeentwickelnd, mit Uran, Plutonium, Spaltprodukten und minoren Actiniden.