Wärmeleitfähigkeit von Natrium (flüssig)
Flüssiges Natrium wird in einigen Arten von Kernreaktoren als Wärmeübertragungsflüssigkeit verwendet, da es die hohe Wärmeleitfähigkeit und den geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt aufweist, die zur Erzielung eines hohen Neutronenflusses im Reaktor erforderlich sind. Die Eigenschaften der hohen Wärmeleitfähigkeit erzeugen effektiv ein Reservoir mit Wärmekapazität, das thermische Trägheit gegen Überhitzung bietet.
Spezielle Referenz: Thermophysikalische Eigenschaften von Materialien für die Kerntechnik: Ein Tutorial und eine Sammlung von Daten. IAEA-THPH, IAEA, Wien, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.
Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten
Wie bereits geschrieben, wird die Wärmeleitung in Flüssigkeiten durch atomare oder molekulare Diffusion verursacht, aber physikalische Mechanismen zur Erklärung der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten sind nicht genau bekannt. Flüssigkeiten neigen dazu, eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Gase zu haben, und die Fähigkeit zu fließen macht eine Flüssigkeit geeignet, überschüssige Wärme von mechanischen Bauteilen zu entfernen. Die Wärme kann abgeführt werden, indem die Flüssigkeit durch einen Wärmetauscher geleitet wird. Die in Kernreaktoren verwendeten Kühlmittel umfassen Wasser oder flüssige Metalle wie Natrium oder Blei.
Die Wärmeleitfähigkeit nichtmetallischer Flüssigkeiten nimmt in der Regel mit steigender Temperatur ab.
Wärmeleitfähigkeit von Metallen
Metalle sind Feststoffe und besitzen als solche eine kristalline Struktur, bei der die Ionen (Kerne mit ihren umgebenden Schalen der Kernelektronen) translatorisch äquivalente Positionen im Kristallgitter einnehmen. Metalle weisen im Allgemeinen eine hohe elektrische Leitfähigkeit , eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Dichte auf. Dementsprechend kann der Transport von Wärmeenergie auf zwei Effekte zurückzuführen sein:
- die Wanderung freier Elektronen
- Gitterschwingungswellen (Phononen).
Wenn Elektronen und Phononen Wärmeenergie übertragen, die zur Wärmeleitung in einem Feststoff führt, kann die Wärmeleitfähigkeit ausgedrückt werden als:
k = k e + k ph
Das einzigartige Merkmal von Metallen in Bezug auf ihre Struktur ist das Vorhandensein von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen . Die elektrischen und Wärmeleitfähigkeiten von Metallen stammen aus der Tatsache , dass ihre äußeren Elektronen delokalisiert sind . Ihr Beitrag zur Wärmeleitfähigkeit wird als elektronische Wärmeleitfähigkeit k e bezeichnet . Tatsächlich übersteigt in reinen Metallen wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium der Wärmestrom, der mit dem Elektronenfluss verbunden ist, einen kleinen Beitrag aufgrund des Phononenflusses bei weitem. Im Gegensatz dazu ist bei Legierungen der Beitrag von k ph zu k nicht mehr vernachlässigbar.
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