- Nuklearer Abbrand
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Unter dem Begriff Abbrand versteht man in der Kerntechnik die Menge an Wärmeenergie, die pro Masseneinheit in einem Brennelement erzeugt wurde. Der Abbrand wird meist in Gigawatt-Tagen pro Tonne Schwermetall (GWd/t SM) ausgedrückt.
Beim Abbrand eines schwach angereicherten Brennelementes (links) sinkt der Anteil an U235, neue Elemente entstehenDer aktuell vorliegende Abbrand ist auch ein Maß dafür, wie stark der Brennstoff bereits verbraucht ist. Der Verbrauch kommt dadurch zustande, dass im Laufe der Zeit durch die Kernspaltungen die Konzentration spaltbarer Uran-235-Kerne in den Brennelementen immer mehr abnimmt. Ein Teil des Konzentrationsabfalls wird durch die Entstehung von spaltbarem Plutonium-239 kompensiert. Kurz gesagt: Durch die Spaltung von U-235-Kernen wird der Vorrat an U-235 in den Brennelementen verbraucht – „er brennt ab“. Außerdem hat auch die Entstehung von Spaltprodukten Einfluss auf die Reaktivität des Reaktorkernes. Hierbei sind insbesondere Spaltprodukte von Bedeutung, die einen hohen Einfang-Wirkungsquerschnitt für Neutronen haben. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang vor allem das Edelgas Xenon und das Metall Samarium.
Heute werden in Leichtwasserreaktoren durchschnittliche Abbrände von etwa 40-55 GWd/t SM, erreicht, aus Schweizer Anlagen sind Spitzenabbrände einzelner Elemente bis 105 GWd/t SM belegt [1]. Die Brennelementehersteller streben für Druckwasserreaktoren mittels modifizierter, hochabbrandfähiger Brennelemente eine Erhöhung des durchschnittlichen Abbrandes bis 75 GWd/t SM an[2]. Noch höhere Abbrände erreicht man derzeit in Hochtemperaturreaktoren und in Brutreaktoren. In Magnox-Reaktoren und in den kanadischen Candu-Reaktoren sind die Entladeabbrände wegen der geringeren Anfangsanreicherung naturgemäß niedriger.
Die Forschung verspricht sich von neuen Reaktorkonzepten stark erhöhte Abbrandraten bis zu 500 GWd/t SM[3].
Quellen
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