Was ist Kubikmeter – Definition

Was ist Volumen?

Volumen ist eine physikalische Grundgröße . Volumen ist eine abgeleitete Größe und drückt die dreidimensionale Ausdehnung eines Objekts aus . Das Volumen wird häufig numerisch mit der von SI abgeleiteten Einheit, dem Kubikmeter, quantifiziert . Beispielsweise wird das Volumen innerhalb einer Kugel ( dh das Volumen einer Kugel) zu V = 4 / 3πr ^{3 abgeleitet} , wobei r der Radius der Kugel ist. Als ein anderes Beispiel ist das Volumen eines Würfels gleich Seite mal Seite mal Seite. Da jede Seite eines Quadrats gleich ist, kann es einfach die Länge einer Seite sein, die gewürfelt wird .

Wenn ein Quadrat eine Seite von 3 Metern hat, wäre das Volumen 3 Meter mal 3 Meter mal 3 Meter oder 27 Kubikmeter.

Volumen eines Atoms und eines Kerns

Das Atom besteht aus einem kleinen, aber massiven Kern, der von einer Wolke sich schnell bewegender Elektronen umgeben ist . Der Kern besteht aus Protonen und Neutronen . Typische Kernradien liegen in der Größenordnung von 10 – ¹⁴ m. Unter der Annahme einer Kugelform können Kernradien nach folgender Formel berechnet werden:

r = r ₀ . A ^1/3

wobei r ₀ = 1,2 × 10 ^–15 m = 1,2 fm

Wenn wir diese Näherung verwenden, erwarten wir daher, dass das Volumen des Kerns in der Größenordnung von 4 / 3πr ³ oder 7,23 × 10 ^–45 m ³ für Wasserstoffkerne oder 1721 × 10 ^–45 m ³ für ²³⁸ U- Kerne liegt. Dies sind Volumina von Kernen und Atomkernen (Protonen und Neutronen), die etwa 99,95% der Atommasse enthalten.

Kühlmittelvolumen im Reaktorkühlmittelsystem

In typischen modernen Druckwasserreaktoren (PWRs) besteht das in der Abbildung gezeigte Reaktorkühlsystem (RCS) aus:

• das Reaktorgefäß , das den Kernbrennstoff enthält
• vier parallele Wärmeübertragungsschleifen zu einem Reaktorbehälter verbunden ist .
• Jeder Kreislauf enthält eine Hauptkühlmittelpumpe und einen Dampferzeuger .
• Das System enthält einen Druckbeauftragten und seine Hilfssysteme

Alle RCS-Komponenten befinden sich im Sicherheitsgebäude .

Im Normalbetrieb befindet sich im Reaktorbehälter, in den Kreisläufen und in den Dampferzeugern komprimiertes flüssiges Wasser . Der Druck wird bei ungefähr 16 MPa gehalten . Bei diesem Druck kocht Wasser bei ungefähr 350 ° C (662 ° F). Die Einlasstemperatur des Wassers beträgt etwa 290 ° C (554 ° F). Das Wasser (Kühlmittel) wird im Reaktorkern auf ungefähr 325 ° C (617 ° F) erhitzt, wenn das Wasser durch den Kern fließt. Wie zu sehen ist, enthält der Reaktor unterkühltes Kühlmittel von ungefähr 25 ° C (Abstand von der Sättigung).Dieser hohe Druck wird durch den Druckbeauftragten aufrechterhalten , ein separates Gefäß, das mit dem Primärkreis (heißer Zweig) verbunden und teilweise mit Wasser (teilweise mit gesättigtem Dampf ) gefüllt ist, das für den gewünschten Druck auf die Sättigungstemperatur (Siedepunkt) erhitzt wird unter Wasser elektrische Heizungen . Die Temperatur im Druckbeaufschlagungsgerät kann bei 350 ° C gehalten werden. Bei normalen Bedingungen etwa 60% des Volumens des Druckhalters nimmt das Druckwasser und etwa 40% des Volumens einnimmt , das Sattdampf .

Die Volumina der typischen PWR sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Es ist ein illustratives Beispiel folgende Daten nicht in jedes Reaktordesign entsprechen.

Es ist zu beachten, dass sich das Kühlmittelvolumen mit der Temperatur des Kühlmittels erheblich ändert . Die Gesamtmasse des Kühlmittels bleibt immer gleich, eine Änderung des Wasservolumens ist keine Änderung des Wasserinventars. Das Reaktorkühlmittelvolumen ändert sich aufgrund von Dichteänderungen mit der Temperatur . Die meisten Substanzen dehnen sich beim Erhitzen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen . Das Ausmaß der Expansion oder Kontraktion variiert jedoch je nach Material. Dieses Phänomen ist als Wärmeausdehnung bekannt . Die Volumenänderung eines Materials, das eine Temperaturänderung erfährt, ergibt sich aus folgender Beziehung:

wobei & Delta; T die Temperaturänderung ist, V das ursprüngliche Volumen, & Delta; V die Volumenänderung ist, und α _V ist der Koeffizient der Volumenexpansion .

Der volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient für Wasser ist über den Temperaturbereich nicht konstant und steigt mit der Temperatur an ( insbesondere bei 300 ° C ), daher ist die Änderung der Dichte nicht linear mit der Temperatur (wie in der Abbildung angegeben).

Siehe auch: Dampftabellen

Unter normalen Bedingungen ist das Gesamtvolumen des Kühlmittels im Reaktorkühlsystem nahezu konstant. Andererseits kann sich das Volumen während vorübergehender Lastbedingungen erheblich ändern . Diese Änderungen spiegeln sich natürlich in einer Änderung des Druckwasserspiegels wider. Wenn die durchschnittliche Temperatur des Reaktorkühlmittels allmählich sinkt, nimmt auch das Gesamtwasservolumen ab, was den Druckbeaufschlagungsstand senkt. Bei einer allmählichen Lastaufnahme führt die Erhöhung der Durchschnittstemperatur des Reaktorkühlmittels dazu, dass sich das gesamte Wasservolumen ausdehnt, was den Druckbeaufschlagungsgrad erhöht. Diese Effekte müssen durch ein Druckregulierungs-Füllstandskontrollsystem gesteuert werden.