Restwärme

Mit Nachzerfallswärme bezeichnet man in der Kernreaktor-Technik die Zerfallswärmeleistung, die nach dem Abschalten des Reaktors entsteht. Da hierbei die Spaltprodukte der Kernspaltung selbständig zerfallen, kann die Nachzerfallswärme nicht durch die Steuerstäbe beeinflusst werden.

Umgangssprachlich wird auch häufig der Begriff Restwärme gebraucht. Dieser ist aber irreführend, weil die Nachzerfallswärme nicht die Hitze des Reaktorkerns beim Abschalten ist, sondern Leistungserzeugung durch radioaktive Zerfälle.

Die Nachzerfallswärme beträgt unmittelbar nach dem Abschalten zwischen 5% und 10% der vorherigen thermischen Leistung des Reaktors (abhängig vom Reaktortyp, der Betriebsdauer sowie dem eingesetzten Kernbrennstoff). In einem Großreaktor von beispielsweise 1.300 Megawatt elektrischer Leistung, also rund 4.000 MW thermischer Leistung, entstehen daher im Augenblick nach dem Abbruch der Spaltungs-Kettenreaktion noch rund 200 bis 400 MW Wärmeleistung. Diese Leistung fällt danach annähernd exponentiell ab. Trotzdem können bei vollständigem Ausfall der Kühlung durch die Nachzerfallswärme Schäden am Reaktor bis hin zur Kernschmelze eintreten. Deshalb benötigen auch normale Leichtwasserreaktoren (in denen bei einem Kühlmittelverlust automatisch auch die Kettenreaktion im betroffenen Bereich des Reaktorkerns erlischt) besondere Notkühlsysteme.

Berechnung

Eine näherungsweise Formel zur Berechnung der Nachzerfallswärme wurde 1946 von Way und Wigner angegeben^[1]. Wird ein Reaktor für die Dauer T₀ mit der Leistung P₀ betrieben, so lässt sich die Nachzerfallsleistung P zum Zeitpunkt t nach dem Abschalten des Reaktors berechnen über

$P = 6,22 \cdot 10^{-2} \cdot P_0 \cdot \left[ t^{-0,2} - \left( T_0 + t \right)^{-0,2} \right].$

Die Formel gilt für eine hinreichend lange Betriebsdauer ab etwa 10 Sekunden nach dem Abschalten bis rund 100 Tage nach der Abschaltung. Sie ergibt sich aus der Annahme, dass die Leistung einer hinreichend großen Anzahl an Zerfällen zu einem festen Zeitpunkt im Anschluss mit t ^{− 1,2} abklingt.

Einzelnachweise

1. ↑ K. Way, E. P. Wigner: "Radiation from Fission Products", in: Physical Review 1946, 70 (152).