Blanket

Das Blanket (englisch für Decke, Hülle) ist der äußere Teil eines Kernfusionsreaktors und umschließt das – in den meisten Reaktorkonzepten torusförmigePlasma-Gefäß.

Im englischen Sprachgebrauch bezeichnet "blanket" auch die Außenzonen von Kernspaltungsreaktoren, z. B. Neutronenreflektor- oder Brutzonen. Bei Brutreaktoren hat sich jedoch hierfür im Deutschen der Begriff „Brutmantel“ eingebürgert.

Inhaltsverzeichnis

Energiegewinnung

Im Blanket geben die bei der Kernfusionsreaktion von Tritium und Deuterium entstandenen Neutronen ihre Bewegungsenergie durch Stöße an Atomkerne ab. Diese Nutzenergie erhöht sich in den neueren Blanketkonzepten (s. u.) noch um rund 25 % durch den Energiegewinn der Brutreaktion am Li-6. Die entstehende Wärme wird durch ein Kühlmittel abgeführt und z. B. in einem konventionellen Dampfkreislauf mit Turbine und Generator genutzt, um elektrische Energie zu gewinnen.

Tritiumbrüten

Die zweite Aufgabe des Blankets ist das Erbrüten von Tritium aus Lithium. Das Brutreaktorkonzept bietet sich für Fusionsreaktoren an, denn der Fusionsbrennstoff Tritium (3H) ist nicht als natürliche Ressource vorhanden. Er lässt sich jedoch aus dem häufigen Element Lithium mittels Neutronen gewinnen. Die dafür erforderlichen Neutronen stehen ohnehin nach Abgabe ihrer Energie als „Abfall“ des Fusionsreaktors zur Verfügung. Für eine Fusionsenergiegewinnung im Großen ist das "Brüten" sogar zwingend notwendig, denn es gibt keine andere Methode, die nötigen Tritiummengen wirtschaftlich zu erzeugen.

Brutreaktionen treten an beiden Lithium-Isotopen, dem selteneren Li-6 (7,5 %) und dem häufigeren Li-7 (92,5 %) auf:

 ^6\mathrm{Li} + \mathrm{n} \ \rightarrow \ ^4 \mathrm{He}  +  {}^3\mathrm{H}  +  4{,}8 \; \mathrm{MeV}
  ^7\mathrm{Li} + \mathrm{n} \ \rightarrow \ ^4 \mathrm{He} +  {}^3\mathrm{H}  + \mathrm{n}'  - 2{,}5 \; \mathrm{MeV}

Die endotherme (s. Kernreaktionen) Reaktion am Li-7 hat zwar den Vorteil, dass das Neutron nicht verbraucht, sondern mit verringerter Energie wieder freigesetzt wird (wegen seiner verringerten Energie ist es in der Formel mit n' bezeichnet, zum Unterschied vom ursprünglichen Neutron n). Es steht daher grundsätzlich noch für eine zweite Reaktion am Li-6 zur Verfügung. Der Nachteil der Li-7-Reaktion ist jedoch ihre hohe Energieschwelle. Diese hat zur Folge, dass in den realistischen, sicherheitstechnisch vertretbaren Konstruktionen wegen des Energiespektrums der Neutronen im Blanket die Li-7-Brutreaktion nur eine geringe Rolle spielt. Daher wird die Verwendung von auf z. B. 50 % Li-6 angereichertem Lithium vorgesehen. Die exotherme und daher mit langsamen Neutronen mögliche Brutreaktion am Li-6 hat den Nebeneffekt eines beachtlichen Energiegewinns von 4,8 MeV, der zur Fusionsenergieausbeute hinzukommt.

Neutronenvermehrung

Mit den Fusionsneutronen alleine ist ein Tritiumbrüten mit Überschuss, der die unvermeidlichen Neutronen- und Verarbeitungsverluste decken könnte, nicht möglich, da die Fusionsreaktion nur genau 1 Neutron pro verbrauchtem Tritiumatom liefert. Deshalb müssen die Neutronen im Blanket um etwa 30 % bis 50 % vermehrt werden. Hierzu eignen sich Beryllium oder Blei, da die (n,2n)-Kernreaktion an diesen Materialien relativ niedrige Energieschwellen hat.

Abschirmung

Die dritte Aufgabe des Blankets ist die Abschirmung vor allem der supraleitenden Magnetspulen gegen die Neutronen.

Technische Blanketkonzepte

Bis etwa 1980 wurden Konzepte betrachtet, in denen das Blanket ein mit reinem Lithium gefüllter Tank war. Die Kühlung (Energieabfuhr) konnte durch ein getrenntes, in Rohren geführtes Kühlmittel erfolgen, oder das Lithium konnte als Flüssigmetall selbst zugleich Kühlmittel sein, indem es mittels Pumpen durch Wärmetauscher umgewälzt wurde.

Metallisches Lithium wirkt jedoch, insbesondere als heiße Schmelze, korrosiv auf andere Metalle und stellt ein Sicherheitsrisiko dar, denn es reagiert chemisch heftig mit Luft oder Wasser, ähnlich dem Kühlmittel Natrium in Spaltungs-Brutreaktoren. Die Lithiummenge im Fusionsreaktor wäre viel größer als die Natriummenge eines Spaltungsbrutreaktors gleicher Leistung. In den realistischeren Blanketkonzepten wird deshalb

  • entweder eine keramische Lithiumverbindung (Oxid, Carbonat oder Silikat) als Brutmaterial vorgesehen, zusammen mit Berylliumteilen zur Neutronenvermehrung und Heliumgas als Kühlmittel,
  • oder eine flüssige Blei-Lithium-Legierung, die als Neutronenvermehrer und Brutmaterial zugleich wirkt und chemisch viel weniger aggressiv als reines Lithium ist. Dieses Flüssigmetall könnte auch die Rolle des Kühlmittels übernehmen; allerdings führt dies im Magnetfeld des Fusionsreaktors zu Schwierigkeiten wegen der magnetohydrodynamischen Bremsung. Einfacher realisierbar erscheinen daher Konzepte mit unbewegtem Blei-Lithium und getrenntem Kühlkreislauf mit z. B. Wasser oder Helium.

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  • Blanket — Blan ket, n. [F. blanchet, OF. also blanket, a woolen waistcoat or shirt, the blanket of a printing press; prop. white woolen stuff, dim. of blanc white; blanquette a kind of white pear, fr. blanc white. See {Blank}, a.] 1. A heavy, loosely woven …   The Collaborative International Dictionary of English

  • Blanket — Blan ket, v. t. [imp. & p. p. {Blanketed}; p. pr. & vb. n. {Blanketing}.] 1. To cover with a blanket. [1913 Webster] I ll . . . blanket my loins. Shak. [1913 Webster] 2. To toss in a blanket by way of punishment. [1913 Webster] We ll have our men …   The Collaborative International Dictionary of English

  • blanket — blan‧ket [ˈblæŋkt] adjective [only before a noun] affecting or including everything or everyone: • The authorities have introduced a blanket ban on all deals of this kind. • The agency is offering a blanket settlement to all groups. * * *… …   Financial and business terms

  • blanket — [blaŋk′it] n. [ME < OFr blanchet, dim. of blanc, white: see BLANK] 1. a large piece of cloth, often of soft wool, used for warmth as a bed cover or a covering for animals 2. anything used as or resembling a blanket; covering [a blanket of… …   English World dictionary

  • blanket — ► NOUN 1) a large piece of woollen material used as a covering for warmth. 2) a thick mass or layer of a specified material: a blanket of cloud. ► ADJECTIVE ▪ covering all cases or instances; total: a blanket ban. ► VERB (blanketed, blanketing) …   English terms dictionary

  • blanket — blan·ket adj 1: covering or affecting all members of a group or class blanket health coverage 2: covering or affecting all situations a blanket release of liability Merriam Webster’s Dictionary of Law. Merriam Webster. 1996 …   Law dictionary

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  • Blanket —   [ blæȖkɪt; englisch »Decke«] das, s/ s, Kerntechnik: der Brutmantel bei Brutreaktoren (Brüten) und Fusionsreaktoren (Kernfusion). * * * Blan|ket [ blæŋkɪt], das; s, s [engl. blanket < (a)frz. blanchet = Decke (aus weißer Wolle), zu: blanc, ↑ …   Universal-Lexikon

  • Blanket — (vom fr. Blanquet, Charta blanca, Carte blanche), Art Vollmacht, wo der Vollmachtgeber entweder nur seinen Namen, mit beigefügtem Siegel, auf einen leeren Bogen schreibt, welche Unterschrift die Kraft einer generellen Vollmacht hat; od. bei der… …   Pierer's Universal-Lexikon

  • Blanket — (Blanquet, carte blanche, ital. carta bianca), allgemeine, nicht in bestimmter Form angegebene Vollmacht, wobei auf dem Document allein Unterschrift und Siegel des Vollmachtgebenden steht, sowohl bei Privat als öffentlichen Verhandlungen üblich …   Herders Conversations-Lexikon

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