Wasser
Wasser ist eine transparente und fast farblose Substanz, die sich aus den chemischen Elementen Wasserstoff und Sauerstoff zusammensetzt , die durch kovalente Bindungen verbunden sind . Auf der Erde existiert Wasser in gasförmigen ( Dampf oder Wasserdampf ), flüssigen und festen Zuständen (Eis). Es ist eines der reichlichsten und essentiellsten Verbindungen und der Hauptbestandteil der Bäche, Seen und Ozeane der Erde sowie der Flüssigkeiten der meisten lebenden Organismen. Es ist lebenswichtig für alle bekannten Lebensformen.
Wasser ist nicht nur lebenswichtig, sondern auch eine bemerkenswerte Substanz mit vielen überraschenden Eigenschaften.
- Es ist die einzige chemische Verbindung , die in allen drei physikalischen Zuständen auf natürliche Weise vorkommt – gasförmig (Dampf oder Wasserdampf), flüssig und fest (Eis).
- Es ist die einzige anorganische Flüssigkeit , die natürlicherweise auf der Erde vorkommt.
- Wasser unterscheidet sich von den meisten Flüssigkeiten auch dadurch, dass es beim Gefrieren weniger dicht wird . Es hat eine maximale Dichte bei 3,98 ° C (1000 kg / m 3 ), während die Dichte von Eis 917 kg / m 3 beträgt . Es unterscheidet sich um ca. 9% und deshalb schwimmt Eis auf flüssigem Wasser
- Wasser hat die höchste spezifische Wärme aller gängigen Substanzen – 4,19 kJ / kg K.
- Es hat eine sehr hohe Verdampfungswärme, was es zu einem wirksamen Kühlmittel und Medium in Wärmekraftwerken und anderen Energiebereichen macht.
Wassernutzung in der Nukleartechnik
Wasser als Reaktorkühlmittel
Wasser und Dampf sind eine übliche Flüssigkeit, die für den Wärmeaustausch im Primärkreis (von der Oberfläche der Brennstäbe zum Kühlmittelstrom) und im Sekundärkreis verwendet wird. Es wird aufgrund seiner Verfügbarkeit und hohen Wärmekapazität sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet. Aufgrund seiner sehr großen latenten Verdampfungswärme ist es besonders effektiv, Wärme durch Verdampfung und Kondensation von Wasser zu transportieren .
Ein Nachteil ist, dass wassermoderierte Reaktoren einen Hochdruck-Primärkreislauf verwenden müssen, um Wasser in flüssigem Zustand zu halten und um einen ausreichenden thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen. Wasser und Dampf reagieren auch mit Metallen, die üblicherweise in Industrien wie Stahl und Kupfer vorkommen und durch unbehandeltes Wasser und Dampf schneller oxidiert werden. In fast allen Wärmekraftwerken (Kohle, Gas, Kernkraftwerke) wird Wasser als Arbeitsmedium (in einem geschlossenen Kreislauf zwischen Kessel, Dampfturbine und Kondensator) und als Kühlmittel (zum Austausch der Abwärme an einen Wasserkörper) verwendet oder durch Verdunstung in einem Kühlturm wegtragen).
Wasser und Dampf sind ein gängiges Medium, da ihre Eigenschaften sehr bekannt sind. Ihre Eigenschaften sind in sogenannten „ Dampftabellen “ aufgeführt. In diesen Tabellen sind die Grund- und Schlüsseleigenschaften wie Druck, Temperatur, Enthalpie, Dichte und spezifische Wärme entlang der Dampf-Flüssigkeits-Sättigungskurve als Funktion von Temperatur und Druck tabellarisch aufgeführt. Die Eigenschaften werden auch einphasige Zustände (tabellarisch für Druckwasseroder Heißdampf bis 2000 erstreckt) auf einem Raster von Temperaturen und Drücken ºC und 1000 MPa.
Weitere umfassende maßgebliche Daten finden Sie auf der NIST-Webseite zu den thermophysikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten.
Siehe auch: Dampftabellen
Dampftabellen – gemeinsame Parameter in Energiesystemen
Wasser als Moderator
Der Neutronenmoderator , der in thermischen Reaktoren von Bedeutung ist, wird zum Moderieren verwendet, dh zum Verlangsamen der Neutronen von der Spaltung zu thermischen Energien . Kerne mit geringen Massenzahlen sind für diesen Zweck am effektivsten, daher ist der Moderator immer ein Material mit geringer Massenzahl . Zu den häufig verwendeten Moderatoren gehören normales (leichtes) Wasser (ungefähr 75% der Reaktoren der Welt), fester Graphit (20% der Reaktoren) und schweres Wasser (5% der Reaktoren).
In den meisten Kernreaktoren ist Wasser sowohl Kühlmittel als auch Moderator . Die Moderation tritt insbesondere bei Wasserstoffkernen auf. Im Falle des Wasserstoffs (A = 1) als Zielkern kann das einfallende Neutron vollständig gestoppt werden – es weist die höchste durchschnittliche logarithmische Energieverringerung aller Kerne auf. Andererseits haben Wasserstoffkerne einen relativ höheren Absorptionsquerschnitt , weshalb Wasser gemäß dem Moderationsverhältnis nicht der beste Moderator ist .
Wasser als Neutronenabschirmung
Wasser als Neutronenschild
Wasser ist aufgrund des hohen Wasserstoffgehalts und der Verfügbarkeit eine wirksame und übliche Neutronenabschirmung . Aufgrund der geringen Atomzahl von Wasserstoff und Sauerstoff ist Wasser jedoch kein akzeptabler Schutz gegen die Gammastrahlen. Andererseits kann dieser Nachteil (geringe Dichte) in einigen Fällen durch eine hohe Dicke des Wasserschildes ausgeglichen werden. Im Falle von Neutronen moderiert Wasser Neutronen perfekt, aber bei Absorption von Neutronen durch Wasserstoffkern entstehen sekundäre Gammastrahlen mit der hohen Energie. Diese Gammastrahlen dringen stark in die Materie ein und können daher die Anforderungen an die Dicke des Wasserschildes erhöhen. Zugabe einer Borsäure kann bei diesem Problem helfen (Neutronenabsorption an Borkernen ohne starke Gamma-Emission), führt jedoch zu weiteren Problemen bei der Korrosion von Baumaterialien.
Siehe auch: Abschirmung von Neutronen
Wasser als Gammastrahlenschutz
Kurz gesagt basiert eine wirksame Abschirmung der Gammastrahlung in den meisten Fällen auf der Verwendung von Materialien mit zwei folgenden Materialeigenschaften:
- hohe Materialdichte.
- hohe Ordnungszahl des Materials (Materialien mit hohem Z)
Obwohl Wasser weder ein Material mit hoher Dichte noch mit hohem Z-Gehalt ist , wird es üblicherweise als Gammaschutz verwendet. Wasser bietet eine Strahlenabschirmung von Brennelementen in einem Pool abgebrannter Brennelemente während der Lagerung oder während des Transports vom und in den Reaktorkern . Obwohl Wasser ein Material mit geringer Dichte und mit niedrigem Z-Gehalt ist, wird es üblicherweise in Kernkraftwerken verwendet, da diese Nachteile durch eine erhöhte Dicke ausgeglichen werden können.
Halbe Wasserschicht
Die Halbwertsschicht drückt die Dicke des absorbierenden Materials aus, die zur Verringerung der Intensität der einfallenden Strahlung um den Faktor zwei benötigt wird .
Tabelle der Halbwertsschichten (in cm) für verschiedene Materialien bei Gammastrahlenenergien von 100, 200 und 500 keV.
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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.
