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Wärmetauscher

siehe Dampferzeuger

Xenon-Oszillation

Mit Xenon-Oszillation bezeichnet man zeitliche Schwankungen der Konzentration des radioaktiven Edelgases ¹³⁵Xe (Xenon) im Brennstoff eines Reaktors. Leistungsschwankungen gehen mit einer Änderung des Neutronenflusses einher. Sie haben eine unterschiedliche Verbrennungsrate von Xenon durch Neutroneneinfang zur Folge. Xenon-Oszillationen müssen bei der Steuerung der Reaktivität berücksichtigt werden.

Xenonberg

Der Anstieg der Konzentration des Neutronen absorbierenden radioaktiven Edelgases ¹³⁵Xe (Xenon) in einem Reaktor nach dessen Leistungsabsenkung wird als Xenonberg bezeichnet. Durch den radioaktiven Zerfall von ¹³⁵I (Jod) erhöht sich nach Leistungsabsenkung die Xenonkonzentration im Reaktor für einige Stunden. Danach zerfällt das Xenon selbst wieder schneller als es nachgebildet wird. In einem stabil laufenden Reaktor wird Xenon durch Neutroneneinfang kontinuierlich verbrannt. Der Xenonberg erschwert oder verhindert im Extremfall ein Wiederanheben oder Anfahren der Reaktorleistung, da zu viele Neutronen absorbiert werden. Man spricht dann von Xenonvergiftung.

Xenonvergiftung

Zwei Isotope, die Neutronen absorbieren und damit die Kernreaktion hemmen, sind im Reaktor von praktischer Bedeutung: Das radioaktive Edelgas ¹³⁵Xe (Xenon) entsteht im Reaktornormalbetrieb durch Betazerfall des Spaltproduktes ¹³⁵I (Jod) im Brennstoff. Im kontinuierlichen Betrieb wird Xenon durch Neutroneneinfang abgesättigt und zerfällt selbst, da es radioaktiv ist. Die Nachbildung aus ¹³⁵I (Jod) ist dann genauso groß. Bei Leistungsabfall oder Leistungsreduktion des Reaktors vermindert sich auch der Neutronenfluss. Weniger Xenon wird verbrannt, jedoch weiterhin aus Jod nachgebildet. Der Reaktor reichert sich mit Xenon an, bis dieses selbst wieder zerfallen ist. Dieser sogenannte Xenonberg erschwert also die Kettenreaktion und wird als Xenonvergiftung des Reaktors bezeichnet. Um die Leistung wieder anzuheben, muss das Xenon erst "verbrannt" werden, indem viele Neutronen zugeführt werden. Der zeitliche Verlauf der Xenonkonzentration erschwert oder verhindert sogar ein Wiederanheben oder Anfahren der Reaktorleistung einige Stunden nach einer erfolgten Leistungsabsenkung, da zu viele Neutronen absorbiert werden. Das ist der Grund, warum Kernkraftwerke (KKWe) als Grundlastkraftwerke eingesetzt werden und nicht kurzzeitig an- oder abgefahren werden können. Nach der Abschaltung eines Blockes, der länger in Betrieb war, kann dieser erst nach ein oder zwei Tagen wieder angefahren werden. Die Halbwertszeit von ¹³⁵Xe (Xenon) ist 9,1 Stunden.

Überkritisch

Ist bei einer Anordnung von Spaltstoff der Neutronenvervielfachungsfaktor größer als eins, nimmt die Kettenreaktion einen exponentiell anwachsenden Verlauf, sofern nicht andere Faktoren dies aufheben oder kompensieren. Ein anfahrender Kernreaktor oder eine gezündete Kernwaffe gelten als überkritisch beziehungsweise sogar prompt überkritisch.

Yellow Cake

U₃O₈ (ein Uranoxid) entsteht beim ersten Aufbereitungsprozess des Uranerzes. Wegen seiner gelblichen Farbe wird es als Yellow Cake bezeichnet. Yellow Cake wird bei der Herstellung für Kernbrennstoff in einer Mühle zerkleinert und das Uran durch Schwefelsäure oder durch alkalische Lösungsmittel aus dem Staub gelöst. Bei diesem Prozess entstehen eine Reihe von zum Teil giftigen Nebenprodukten, wie Molybdän, Selen, Arsen, aber auch Radon. Der giftige und radioaktive Rückstand (99,9 Prozent des Erzes) fällt als feiner Schlamm an. Dieser wird in einer Art Staubecken mit häufig unzulänglicher Abdichtung gegen den Untergrund als Rückstand gelagert. Im nächsten Verarbeitungsschritt wird das gewonnene U₃O₆ in Uranhexafluorid UF₆ konvertiert. UF₆ ist ein hochgiftiges, chemisch sehr aggressives Gas. Das UF₆ hat wie Natururan einen Anteil von zirka 0,7 Prozent leicht spaltbarem ²³⁵U. Es wird für die Weiterverwendung in den meisten Reaktoren oder Kernwaffen angereichert. Die Anreicherung ist ein aufwändiger Schritt in der Brennstoffherstellung. Er wird zumeist mit Uranzentrifugen oder mit Diffusion durch Trennsäulen erreicht. Danach wird der als UO₂ aufbereitete und leicht angereicherte Brennstoff zu Pellets verarbeitet, in Brennstäbe abgefüllt und zu Brennelementen zusammengesetzt.

Zerfallsarten

radioaktiver Zerfall 
Unter radioaktiven Zerfall versteht man die Eigenschaft instabiler Kerne ihre Zusammensetzung spontan zu ändern. Dabei entsteht aus einem Isotop ein anderes Isotop. Der radioaktive Zerfall ist ein statistischer Prozess, wobei die statistischen Zeiträume in denen der Zerfall stattfindet für die Atome jedes Isotops charakteristisch sind. Man unterscheidet den β-Zerfall, den α-Zerfall, die Cluster-Emission, die Emission von Neutronen oder Protonen und die spontane Spaltung.

• Der β-Zerfall bezeichnet drei Arten der Kernumwandlung die in Zusammenhang mit der schwachen Wechselwirkung stehen. Es sind dies

1. die Elektronenemission (β^--Zerfall, Neutron→Proton (bleibt im Kern) +Elektron (wird emittiert) +Elektronantineutrino (wird emittiert)),
2. die Positronenemission (β⁺- Zerfall, Proton→Neutron (bleibt im Kern) +Positron (wird emittiert) +Elektronneutrino (wird emittiert) und
3. der Elektroneneinfang (K-Einfang, der Kern zieht ein Elektron aus seiner Atomhülle in dem Kern, es entsteht in der Folge aus einem Proton und dem eingefangenen Elektron ein Neutron, weiters werden ein Elektronneutrion und eine für das jeweilige Isotop (energetisch) charakteristische γ-Strahlung emittiert)

• Der α-Zerfall bezeichnet die Emission von ⁴He-Kernen (sogenannter α-Strahlung)
• Die Cluster-Emission bezeichnet die Emission von zum Beispiel ¹²C-Kernen und ist sonst analog zum α-Zerfall. Die Existenz dieser Zerfallsart zeigt die Bedeutung gewisser Zahlenverhältnisse (Schalenabschlüsse) der Nukleonen für Stabilität im Atomkern.
• Bei der Neutronen- und Protonenemission kommt es analog zum α-Zerfall zur spontanen Emission von einzelnen Neutronen oder Protonen aus dem Kern.
• Bei der spontanen Spaltung zerfällt ein Atomkern in der Regel in zwei etwa gleich schwere Bruchstücke. Diese Bruchstücke weisen grundsätzlich einen starken Neutronenüberschuss auf. Sie sind daher meist radioaktiv und bauen den Neutronenüberschuss sowohl durch β^--Zerfall als auch Neutronenemission ab.

Zerfallsreihe

Beim Zerfall radioaktiver Isotope entsteht zumeist ein instabiler oder metastabilen Tochterkern (Zwischenkern). Dieser zerfällt wieder mit einer bestimmten Halbwertszeit in einen weiteren Kern. In der Natur sind gegenwärtig drei radioaktive Zerfallsreihen aktiv, die über verschiedene Alpha- und Betazerfälle zuletzt stabile Blei-Isotope erzeugen. Man unterscheidet die Uran-Radium Reihe welche mit ²³⁸U (Uran) beginnt und bei ²⁰⁵Pb (Blei) endet, die Actinium Reihe welche mit ²³⁵U (Uran) beginnt und bei ²⁰⁷Pb (Blei) endet und die Thorium Reihe welche mit ²³²Th (Thorium) beginnt und bei ²⁰⁸Pb (Blei) endet. Die Neptunium Reihe beginnend bei ²³⁷Np (Neptunium) ist in der Natur praktisch nicht mehr aktiv, da sowohl das Ausgangsisotop mit einer Halbwertszeit von 2,144 Millionen Jahren als auch die Zwischenkerne auf Grund ihrer kurzen Halbwertszeiten bereits beinahe vollständig zerfallen sind. Die Reihe endet bei ²⁰⁵Tl (Thallium)

Zirkaloy

Zirkaloy ist eine Metalllegierung aus verschiedenen Zusätzen. Es besteht vor allem aus dem seltenen Metall Zirkonium. In der Kerntechnik wird Zirkaloy meistens als Material für die Hüllrohre verwendet, in denen die Brennstofftabletten aufgestapelt sind. Das Material ist großen Beanspruchungen ausgesetzt, wie hohe Temperatur, hohem Druck und sehr starker Bestrahlung. Die Zirkoniumlegierungen sind sehr wichtig für die Kerntechnik. Verschiedene Zirkaloys wurden entwickelt, unter anderem Zirkaloy-3 und Zirkaloy-4. Es handelt sich dabei meist um Legierungen die zu etwa 98 Prozent aus Zirkonium und geringen Anteilen von Eisen, Chrom, Nickel, Zinn etc. bestehen. Sie kommen in zahlreichen modernen Druckwasserreaktoren (DWR) zum Einsatz.

Zirkonium

Zr
Zirkonium ist ein Metall, das häufig in der kerntechnischen Industrie verwendet wird. Es ist sehr leicht und widerstandsfähig auch bei hohen Temperaturen. Unter Neutronenbestrahlung wird es nur wenig und vorwiegend kurzlebig aktiviert. Hüllrohre von Kernbrennstoff bestehen häufig aus Zirkoniumlegierungen (Zirkaloy).

Zwentendorf

1978 wurde bei Zwentendorf (Niederösterreich) das erste österreichische Kernkraftwerk (KKW) mit Siedewasserreaktor vom deutschen Typ Krümmel von der Kraftwerk Union (KWU) fertiggestellt. Die projektierte elektrische Produktionsleistung betrug 700 Megawatt (MW). Aufgrund des Ergebnisses der Volksabstimmung vom 5. November 1978 bei der sich eine knappe Mehrheit von 50,47% der Österreicher gegen das KKW entschied wurde das Kraftwerk nie in Betrieb genommen. Das KKW Zwentendorf wurde niemals mit Brennstoff beladen. Die Anlage wurde eingemottet. Bis heute werden zahlreiche Maschinenteile zumeist an die deutschen baugleichen Schwesterkraftwerke als Ersatzteile verkauft. Die Errichtungskosten von zirka 700 Millionen Euro wurden von den österreichischen Steuerzahler/innen übernommen. Trotz ausbleibender Folgeinvestitionen war die Errichtung des Kraftwerks ein Geschäft für die Siemens-Kraftwerk Union (KWU).

Zwischenlager

Ein Zwischenlager bezeichnet in der Kerntechnik einen vorübergehenden Aufbewahrungsort für abgebrannte Brennelemente und/oder radioaktive Abfälle. Das österreichische Zwischenlager für radioaktive Abfälle, aus Forschung, Medizin und Industrie befindet sich auf dem Gelände der Austrian Research Centers GmbH (ehem. Forschungszentrum Seibersdorf), 25 km südöstlich von Wien.

Äquivalentdosis

Unterschiedliche Strahlenarten (Alpha-, Beta-, Gammastrahlen) haben verschieden starke Wirkung auf den Organismus. Das Konzept der Äquivalentdosis macht die unterschiedlichen Strahlenarten vergleichbar. Aus der Dosis (Energie der aufgenommenen radioaktiven Strahlung) errechnet man die Äquivalentdosis durch Mulitplikation mit dem Wichtungsfaktor Q. Dadurch erhält man die Gammadosis, also die Strahlungsenergie von Gammastrahlung, welche die gleiche biologische Wirkung hätte. Q ist für Alphastrahlen 20. Für Neutronen (je nach Energie) ist Q etwa 5. Für Gammastrahlen ist Q wie aus der Definition folgt gleich 1. Die Einheit der Äquivalentdosis ist Sievert (Sv) - früher rem - (1 Sv = 100).

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