NuclearReactor_FRM2.exe - eine vereinfachte Online-Simulation des neuen Forschungsreaktors FRM2 in München
Der FRM-II in München ist ein Kernreaktor, der zur Produktion von Neutronen für Forschung, Medizin und Technik dient. Dadurch, dass der Reaktorkern sehr klein und kompakt gehalten ist - er besteht nur aus einem einzelnen Brennelement - ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein bei den Spaltung eines Uran-Kerns gebildetes Neutronen den Reaktor verlässt, viel größert, als bei einem großen Leistungsreaktor zur Stromerzeugung. Mit diesem Trick ist der Anteil der Neutronen, die man bei der Spaltung einer bestimmten Menge Urans freisetzt und für Experimente und zur Bestrahlung von Materialien verwenden kann, besonders hoch. Die nicht nutzbare Energie und der nukleare Abfall, der beim Betrieb des Reaktors anfällt, wird dadurch so gering wie möglich gehalten. Um in einen derart kleinen Reaktorkern eine Kettenreaktion in Gang halten zu können, muss man möglichst hoch angereichertes Uran verwenden, damit nicht viele der im Kern verbleibenden Neutronen noch durch das nichtspaltbare Uran-238 absorbiert werden.
In der Simulation erkennt mann das Brennelement im Zentrum des Reaktors umgeben von einem Moderatortank, der mit schwerem Wasser (D2O) gefüllt ist. Dies ist eine zweite Maßnahme, um die Neutronenausbeute hoch zu bekommen, denn schweres Wasser absorbiert weniger Neutronen, als normales Wasser und ist damit der bessere Moderator. Erst der äußere Tank, der dem Strahlenschutz dient, ist mit Leichtwasser gefüllt. Auch das Kühlmittel, das durch das Brennelement gepumpt wird, ist normales Wasser - natürlich nach einer gründlichen Reinigung.
Um den Reaktor anzufahren, nutzen Sie die Neutronenquelle und die Bedienelemente für den Sicherheits- und den Regelstab. Dabei immer schön aufpassen, dass der angewählte Messbereich des Neutronendetektors nicht über- (90 %) oder unterschritten (3 %) wird, denn dann kommt die Reaktorschnellabschaltung (RESA) und Sie können von vorn anfangen. Das passiert auch, wenn Sie mit der Leistung zu hoch gehen... Mehr zur Bedienung des Programms - click here!
Wenn die Leistung sich der 100-%-Marke nähert, dann können Sie sehen, wie die Neutronen über die Strahlrohre aus dem Reaktor strömen. Dort sind im Original dann die verschiedenen Versuchseinrichtungen angeschlossen. Unser kleiner Simulationsreaktor hat zwei Strahlrohre: Eins für thermische (rechts) und eins schnelle (links) Neutronen. Die thermischen werden einfach aus der Wolke der durch den Moderator abgebremsten Neutronen ausgekoppelt, die das Brennelement umschwirren. Das Strahlrohr endet hierzu einfach in der Nähe des Punktes, wo sich die meisten Neutronen ansammeln. Das ist beim FRM-II entgegen anderen Reaktoren übrigens außerhalb der eigentlichen Spaltzone. Ein starker Strom schneller Neutronen wird gebildet, in dem ein Konvertertarget - eine Platte aus spaltbarem Uran - vor die Mündung des entsprechenden Strahlrohrs gebracht wird. Die thermischen Neutronen lösen dort Spaltungen aus, die die benötigten schnellen Neutronen hervorbringen. Damit in dem Strom der schnellen Neutronen möglicht wenig thermische, also langsame Neutronen enthalten sind, werden diese durch ein geeignetes Absorberelement herausgefiltert.
Um die Wahrheit zu sagen, wir haben etwas nachgeholfen, damit mehr Neutronen aus den Strahlrohren 'rauskommen: Die Konverterfolie ist so programmiert, dass die Spaltneutronen vorzugsweise in Richtung Strahlrohr fliegen. Dieser Trick funktioniert im Original nicht, aber da haben wir viele Größenordnungen mehr Neutronen im Reaktorkern, als auf dem PC simuliert werden können, und deshalb kriegen die Kollegen in Garching den hohen Neutronenfluss dort auch so hin. Auch am thermischen Strahlrohr wurde in ähnlicher Weise ein bisschen getrickst.
Der Reaktor wurde am 9. Juni 2004 feierlich in Betrieb genommen. Mit dem Programm NuclearReactor_FRM2.exe können Sie den Reaktor auf Ihrem Computer zu Hause virtuell einweihen. Mit einem Gläschen Sekt dazu - etwas, was sich auf der richtigen Reaktorwarte verbietet - kommt sicher auch die nötige Feierstimmung auf.