Diskussion:Abbrand (Kerntechnik)

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Nicht Aktuell

Die genannten Abbrände sind nicht mehr aktuell, siehe hierzu z.B. http://www.areva-np.com/scripts/info/publigen/content/templates/show.asp?P=561&L=DE und http://www.areva-np.com/common/liblocal/docs/anp_magazine/ANP_MAG_N4_de.pdf. --217.80.61.163 23:35, 2. Mai 2008 (CEST)

Gigawatt-Tage pro Tonne

Wie ist diese Maßeinheit zu verstehen? Gigawatt pro Tonne Brennstoff wäre mir ja einleuchtend, aber was haben die Tage, also Zeit damit zu tun? Wieviel Wärmeenergie wird letzten Endes mit einer Tonne Brennstoff erzeugt, und (von ... bis ... ?) wieviel elektrische Energie wird letzten Endes daraus gewonnen? Ich weis nur, das ca. die Hälfte der Eergie durch die Kühltürme verloren geht. --92.231.188.68 00:31, 29. Okt. 2012 (CET)

1GWD/tHM bedeutet, dass eine Tonne Uranbrennstoff (HeavyMetal) bereits eine Energiemenge von einem Gigawatt*Tag (Leistung*Zeit=Energie)erzeugt hat. die Einheit ist etwas komisch und nicht SI-konform, aber im Zusammenhang sehr praktisch. 1 GWD=1000'000'000Watt*60*60*24sekunden=8.64e+13Joule Wärmeenergie. Unter Annahme von 50 GWD/tHM und einem Wirkungsgrad von 35% kommst du auf 1.5e+15 Joules oder 420'000'000 kWh elektrischer Energie. Wenn dir die Rechnungen nicht klar sind, schreib mir auf meiner Seite, ich erkläre es dir gerne. Vom Prinzip das gleich ist die Steinkohleeinheit. Grüsse, --Soiamaat (Diskussion) 17:15, 14. Feb. 2013 (CET)

Zur Definition der Größe Abbrand

Die aktuelle Version des Artikels Abbrand beginnt mit:

„Unter dem Begriff Abbrand versteht man in der Kernenergietechnik die Menge an Wärmeenergie, die pro Masseneinheit in einem Brennelement erzeugt wurde. Der Abbrand wird meist in Gigawatt-Tagen pro Tonne Schwermetall (GWd/t SM) ausgedrückt.“

Das ist eine unvollständige Definition der Größe Abbrand.

• Abbrand ist kein Begriff, sondern eine Physikalische Größe.
• Auf welche Masse bezogen wird, wird nicht gesagt. Es muss aber gesagt werden, dass es sich um die Masse spezieller Schwermetalle handelt, nämlich nur derjenigen, die spaltbar sind.
• Somit ist auch der Link zum Artikel Schwermetalle so nicht akzeptabel.
• Dass mit der Masse der spaltbaren Schwermetalle diejenige von frischem Brennstoff gemeint ist, fehlt völlig.
• An einem Brennelement kann die Definition nicht aufgehängt werden, sondern muss auf jeden Raumbereich anwendbar sein, der Brennstoff enthält. Das können auch Teile eines Brennstabs oder eines Brennelements sein (der Abbrand ist ortsabhängig). Mit mittlerer Abbrand kann auch der Abbrand eines ganzen Brennelements oder des gesamten Reaktors, aber auch ein beliebiger Raumbereich gemein sein, der Spaltstoff enthält. Ein Flüssigsalzreaktor enthält bekanntlich keine Brennelemente. --Roderich Kahn (Diskussion) 18:57, 19. Jun. 2016 (CEST)

@flüssigsalzreaktor: unter Anderem deswegen spricht dort auch niemand von Abbrand :) --Soiamaat (Diskussion) 15:02, 12. Jul. 2016 (CEST)

Und woher wissen Sie das? Ich habe einige Abbrandrechnungen für Flüssigsalzreaktoren (Salzschmelzenreaktoren) durchgeführt. --Roderich Kahn (Diskussion) 16:20, 12. Jul. 2016 (CEST)

Weil eine der zentralen Ideen die kontinuierliche on-site - Aufbereitung der Salzschmelze ist. Für Sämtliche Aspekte, für die er relevant ist, verliert er seinen Sinn: isotopische Zusammensetzung der Spaltstoffe, Spaltprodukte und Transurane, und versprödende Hüllrohre gibt es auch keine. Alleine beim Pu-Isotopenverhältnis können wir uns streiten, ob "Abbrand" hier Sinn macht --Soiamaat (Diskussion) 16:30, 12. Jul. 2016 (CEST)

Ja, der Meinung kann man sein, wenn man die Größe Abbrand mit maximal erreichbaren Abbrand verwechselt. Abbrand ist freigesetzte Wärmeenergie, geteilt durch die Masse aller Schwermetalle. Und das gilt für alle Reaktortypen. Alles, was Sie aufführen, beeinflusst den maximal erreichbaren Abbrand eines speziellen Reaktortyps. Beim Salzschmelzenreaktor nimmt man durch kontinuierliche Aufbereitung überwiegend stabile Spaltprodukte aus der Schmelze, damit sie nicht wieder durch Neutroneneinfang zu Radionukliden werden, und parasitäre Neutronenabsorber. Gruß --Roderich Kahn (Diskussion) 08:38, 13. Jul. 2016 (CEST)

Vorschlag zum Artikel

Hallo zusammen, ich habe ein paar vorschläge zum Artikel. Insgesamt ist der momentane Artikel etwas in Details verheddert. Die sind vielleicht korrekt, aber nicht unbedingt zielführend für einen Artikel der Enzyklopädie. Bemerkungen:

• die Einleitung ist etwas überkorrekt, von gutem Lesefluss kaann da keine rede sein
• während meines Kerntechnikstudiums (und sonst auch) habe ich noch nie von FIMA gehört, für mich ist das keineswegs gebräuchlich (angelsächsischer Begriff??). ich würde den Teil streichen, sofern es keine einschlägigen Gegendarstellungen gibt.
• die sache mit den verschiedenen Einheiten halte ich für sehr entbehrlich
• den teil mit 105 MWd finde ich gut und wichtig
• insgesamt etwas gekürzt, konkretisiert und kompakter geschireben.
• die sache mit dem räumlichen bezug ist auch etwas übergenau und hat mMn keine Relevanz für einen enzyklopädischen Beitrag

Hier mein Vorschlag: [siehe Prototyp unten]

--Soiamaat (Diskussion) 14:59, 12. Jul. 2016 (CEST)

Hallo Soiamaat, ich freue mich über jeden. der sich noch mit Kernenergie beschäftigt. Auch freue ich mich darüber, dass Du Deinen Text zuerst zur Diskussion stellst. Der Übersichtlichkeit halber habe ich von dieser Diskussionsseite Abbildungen und Zitate mal herausgenommen. Wo Du unbedingt Recht hast, ist die Tatsache, dass die alte Fassung des Artikels „Abbrand“ etwas „mit der Tür ins Haus stürzte“. Ich habe deshalb einen Vorspann hinzugefügt, der denen helfen soll, die nur mal kurz wissen wollen, in welche Schublade sie „Abbrand“ stecken müssen. Dieser Abschnitt wird Deinen Lesefluss wohl kaum stören. Wenn ja, ändere ihn. Außerdem habe ich den Artikel gegliedert.

Wenn Du Dir Gedanken machst, was in einer Enzyklopädie stehen sollte, dann schau mal auf die Artikel aus der Unterhaltungsbranche. Da sollten wir doch auch das Recht haben, korrekte Definitionen unserer Fachbegriffe festzuhalten. Bei der Kernenergie ist das besonders wichtig, da die Kundigen in Deutschland bald aussterben. Wenn Du von FIMA noch nichts gehört hast, lasse das an Deinem Lehrer und nicht an der Wikipedia aus :). Wenn ich Zeit habe, werde ich diesen Abschnitt (nicht von mir) noch präzisieren. Dass die „Sache mit den Einheiten“ wichtig ist, wirst Du bei einem genaueren Blick auf die erste Abbildung erahnen. Schau Dir die Einheiten an. Ich plädiere für Reaktoren mit einem Abbrand von 0.5 MWd/g. Der Vorrat reicht nämlich für 0.96 MWd/g, also rund 1 MWd/g. Zum „räumlichen Bezug“. Eine spezifische Energie, die der Abbrand ist, benötigt tatsächlich keinen räumlichen Bezug, aber die menschliche Vorstellung. Etwas, was ist, muss irgendwo im Raum sein. Lässt man den räumlichen Bezug weg, hängt das Objekt im Nirvana, ob nun in einer Enzyklopädie oder anderswo.

Du schreibst „Mit Abbrand, auch Spezifischer Abbrand, wird die während des Leistungsbetriebs freigesetzte Wärmeenergie pro Kilogramm frischen Brennstoffs bezeichnet.“ Du unterschlägst, was „Abbrand“ ist, eine physikalische Größe, sonst nichts. An „Leistungsbetrieb“ ist die Größe nicht gebunden (haben Forschungsreaktoren keinen Abbrand?), und an „Kilogramm“ schon gar nicht. Größen können nicht mit Einheiten definiert werden. Bitte leite meine Beschwerde an den weiter, der Dich Kerntechnik gelehrt hat :).

Ich bleibe auch am Artikel „Abbrand“ dran und freue mich auf Deine Mitarbeit. Gruß --Roderich Kahn (Diskussion) 15:50, 13. Jul. 2016 (CEST)

Hey Roderich, danke für deine Antwort und sorry für mein delay, bin nicht ganz so regelmässig da ;) Ich hab den eindruck wir beide könnten ein paar interessante diskussionen hier haben! nun zu deinen Punkten:

• korrekte Definition: ja, die gehört natürlich mit rein. Da sie in diesem Fall aber nicht ganz unkompliziert ist, halte ich es nach Wikipedia:OmA für angemessen, in der Einleitung anstatt der exakten Definition eine OmA-taugliche Beschreibung zu haben. Die Definition sollte dann im Hauptteil aufgegregriffen werden.
• FIMA nunja, meine Nichtkenntnis impliziert natürlich nichts. Aber in den 7 Jahren, in denen ich mich nun im akademischen Bereich dieser Disziplin bewege (und entsprechend auch Industriekontakte hatte) ist mir der Begriff eben noch nicht untergekommen. Nunja, einen Kompromiss würde ich sehen in [sinngemäss] "Eine weiter Beschreibung des Abbrandes ist FIMA, ...."
• MWD/g, GWD/t,... DU hast mich nicht überzeugt. Das ist in gleicher Weise dasselbe wie g/cm3 und kg/m3, darauf einzugehen finde ich wirklich überflüssig. MMn sind MWD/kgHM und GWD/tHM die meistverwendeten Einheiten, ich würde für diesen Artikel MWD/kgHM vorziehen. Separat können wir noch überlegen, ob englisch HM oder deutsch SM zu verwenden ist, letzteres fühlt sich für mich komisch an.
• Räumlicher bezug: Auch hier finde ich deinen Standpunkt schwach. Etwas pro kg ist sehr konkret. Diese Grösse ist wie alle anderen "-Dichten" die es so gibt infinitesimal wunderbar brauchbar. Ich erkenne wirklich keinen Grund, das räumlich im Text zu haben.
• eine physikalische Größe, sonst nichts: Finde ich nicht richtig. In dem Begriff steckt viel mehr. Gegenbeispiele für formulierungen auf WP sind viele, z.b. Energiedichte, Leistungsdichte, Teilchendichte, Bestrahlungsstärke,... dabei habe ich diese nette box für physikalische Grössen entdeckt. das wär doch was feines, und würde uns beiden sicher gut gefallen!
• [edit: habe nun nach Reaktorbetrieb geändert] das mit dem Leistungsbetrieb ist tatsächlich eine Schwachstelle. Aber steigt denn der Abbrand im Abklingbecken? Das ist nicht Teil dessen, wofür Abbrand gebraucht wird. Du möchtest das doch exakt definieren. Sollen wir dann die nicht-Spaltenergie (also Zerfallswärme) und damit 7% der thermischen Leistung aus der Definition ausklammern? Naja, um 1 MWD/kgHM zu erreichen, müsste Crocus bei seinen üblichen 1W leistung noch eine Weile betrieben werden Vgl. Nullleistungsreaktor. Dort verliert sich wieder der Sinn des Abbrandes, wenn seine Effekte nicht mehr deutlich zutage treten (Reaktivität, Alterung, Radioaktivität,...). Aber vielleicht finden wir hier noch was besseres als "thermische Leistung im Leistungsbetrieb"

vielleicht sollten wir auch trennen, dass Abbrand zum einen als exaktes Maß (physikalische Grösse) dient, zum anderen aber im Fachjargon auch für alle Begleiteffekte, insbesondere die Materialalterung von Brennstoff und Hüllrohre verwendet wird. vielleicht ist das auch eine Quelle unserer verschiedenen Ansichten.Grüsse, ~~----

[edit] so, habe nochmal ein bisschen am neuen Artikel gearbeitet. Was meinst du? --Soiamaat (Diskussion) 13:07, 26. Jul. 2016 (CEST)

Prototp für neuen Artikel - bitte hier editieren

Physikalische Größe
Name	Abbrand (engl. Burn-up )
Formelzeichen	$B$
Abgeleitet von	Energie je Kilogramm
Größen- und Einheitensystem Einheit Dimension SI J·kg−1 J·M−1
Anmerkungen
$B$ ist keine SI-konforme Grösse

Mit Abbrand, auch Spezifischer Abbrand, wird die während des Leistungsbetriebs produzierte Wärmeenergie pro Kilogramm Brennstoffs bezeichnet. Er wird als (lokales) Maß für die Energieausbeute des Brenstoffs verwendet, aber auch in Bezug für dessen Begleiterscheinungen wie etwa die Veränderungen in der Nuklidzusammensetung des Brennstoffs oder Alterung und Verschleiss der Brennelemente.

genaue Definition

Die Größe Abbrand $B$ definiert man als Quotienten der gesamten Wärmeenergie $E$, die von Kernbrennstoff bis zu einem bestimmten Zeitpunkt freigesetzt wurde, geteilt durch dessen Masse $m$:

$B={\frac {E}{m}}$.

Hierbei wird für $m$ die Masse des Brennstoffs vor Beginn der Energieproduktion verwendet, also meist die des frischen Brennstoffs. Sie wird in Einheiten von MWD/kgHM, "Megawatt-Days per Kilogramm Heavy Metal", etwa "Megawatt-Tage pro Kilogramm Schwermetall", oder Varianten davon angegeben. HM für Heavy Metal (dt. Schwemetall) oder U für Uran wird häufig als verdeutlichender Zusatz an die Einheit MWD/kg angehängt und spezifiziert den reinen Brennstoff (ohne Hüllrohre etc.) als Bezugsgrösse. Eine klare Abgrenzung vom üblichen Begriff Schwermetall ist hier implizit gegeben.

Allgemeines

Der Abbrand in Leichtwasserreaktoren wurde in der Vergangenheit von anfänglich etwa 20 MWD/kgHM kontinuierlich auf heute über 60 MWD/kgHM gesteigert. Ein hoher Abbrand ist erstrebenswert, da dadurch

• die Menge an hochaktivem Abfall reduziert wird,
• der Aufwand für Brennstoffwechsel reduziert wird, und
• das Proliferationsrisiko gesekt wird (Plutonium wird mit höherem Abbrand immer uninteressanter für militärische Nutzung).

Allerdings steigen mit dem Abbrand auch die Anforderungen an die Brennstabhüllen, da sie im Betrieb Alterungsprozessen unterliegen. Ebenfalls wird eine höhere Anreicherung des frischen Brennstoffs benötigt, was wiederum andere Konsequenzen nach sich zieht. Etwa muss der dadurch entstehende Reaktivitätsüberschuss zu Beginn des Brennstoffzyklus mit verstärkten Einsatz von Neutronenabsorber ausgeglichen werden, die ihrerseits die Neutronenbilanz eher verschlechtern.

Massendichten von Schwermetall-Nukliden in Abhängigkeit vom Abbrand für einen Druckwasserreaktor

Die Entwicklung des Brennstoffs mit zunehmendem Abbrand wird in der Abbildung anhand einer Simulation der Häufigkeit einiger relevanter Isotope im Brennstoff dargestellt. Zugrunde liegen ein Druckwasserreaktor mit 4% angereichetem UO2- Brenstoff (nicht MOX). Der ursprüngliche Brennstoff, ²³⁵U, wird verbraucht ("verbrannt"). Transurane wie Plutonium werden während dem Leistungsbetrieb erzeugt und tragen im späteren Verlauf teilweise selbst zur Kettenreaktion bei. Neben den dargestellten Nukliden reichern sich auch die Spaltprodukte im Brennstoff an. Zusammen haben diese Effekte einen Einfluss auf die Reaktivität, die mit höherem Abbrand sinkt.

Der Begriff 'abgebrannter Brennstoff' ist nicht mit 'Abbrand' zu verwechseln.

Andere Definition

Daneben sind FIMA (engl.: fissions per initial metal atom) und FIFA (engl.: fission per initial fissile atom), meist angegeben in Prozent, gebräuchlich: Würden in einem Brennstoff aus 3,3 % ²³⁵U und 96,7 % ²³⁸U soviele Spaltungen stattfinden, wie ²³⁵U-Atome anfänglich vorhanden waren, wäre der Abbrand 3,3 % FIMA oder 100 % FIFA. Eine Angabe in FIFA eignet sich besonders, um Brennstoffabbrände unterschiedlichen anfänglichen Anreicherungsgrades zu vergleichen.

Typische Zahlen

Heute werden in Leichtwasserreaktoren durchschnittliche Abbrände von etwa 40–55 GWd/tHM, erreicht, aus Schweizer Anlagen sind Spitzenabbrände einzelner Elemente bis 105 GWd/tHM belegt. Die Brennelementehersteller streben für Druckwasserreaktoren mittels modifizierter, hochabbrandfähiger Brennelemente eine Erhöhung des durchschnittlichen Abbrandes bis 75GWd/tHM an. In Magnox-Reaktoren und in den kanadischen Candu-Reaktoren sind die Entladeabbrände wegen der geringeren Anfangsanreicherung naturgemäß niedriger, in der Einheit FIFA speziell bei Candu-Reaktoren jedoch höher als bei konventionellen Reaktoren ^Quelle?.

Wesentlich höhere Abbrände sind in Hochtemperaturreaktoren und in Brutreaktoren erreichbar. Die Forschung verspricht sich von neuen Reaktorkonzepten sogar einen Entladungsabbrand bis zu 500 GWd/tHM, z.B. von dem im Jahr 2007 von General Atomics entwickelten Gas Turbine - Modular Helium Reactor (GT-MHR).

neuerliche änderungen im bestehenden Artikel

es scheint als laufen änderungen parallel am alten und am neuen Artikel. Lasst uns das vermeiden.

Ich bin sehr dafür den alten Artikel nicht weiter zu verwenden sondern den neuen einzusetzen und zu erweitern. Der alte ist ein inhomogener Flickenteppich. und viel inhalt, der nichts zur Sache tut ( Abschnitte Abgrenzung und der erste teil von "Abbrand und Neutronenspektrum") --Soiamaat (Diskussion) 13:20, 26. Jul. 2016 (CEST)

falls sich in den nächsten 2 Wochen (d.h. bis 18.8.) hier nichts tut, werde ich den alten Artikel durch den neuen Vorschlag ersetzen. Gruss, --Soiamaat (Diskussion) 10:36, 4. Aug. 2016 (CEST)

Hallo Soiamaat, gut, dass Du Dir Gedanken gemacht hast. Durch eine andere Baustelle konnte ich Dir nicht früher antworten. Ich werde in den nächsten Tagen die von Dir angesprochenen Dinge Punkt für Punkt beantworten. Gruß --Roderich Kahn (Diskussion) 20:43, 7. Aug. 2016 (CEST)

Nachtrag 18.8. Bitte warte noch eine Woche. Ich hoffe, mich umgehend diesem Artikel wieder widmen zu können. Gruß--Roderich Kahn (Diskussion) 10:33, 18. Aug. 2016 (CEST)

also gut ;) --Soiamaat (Diskussion) 15:26, 19. Aug. 2016 (CEST)

dann sagen wir mal bis Sonntag, 28.8. --Soiamaat (Diskussion) 21:02, 22. Aug. 2016 (CEST)

habe das nun umgesetzt. Der Artikel is mMn nun wesentlich besser als zuvor. --Soiamaat (Diskussion) 13:55, 2. Sep. 2016 (CEST)