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| start [2024/11/05 20:32] – [Randbedingungen] stephan | start [2024/11/09 12:07] (current) – stephan | ||
|---|---|---|---|
| Line 1: | Line 1: | ||
| - | =Randbedingungen= | + | New Reaktor |
| - | Randbedingungen zur Findung eines sinnvollen Reaktorkonzept sollten wir versuchen alle Baugruppen des Reaktors in Bezug auf Temperaturverträglichkeit, | + | |
| - | Wir haben drei Primärbaugruppen:< | + | |
| - | Reaktor-Gefäß, | + | |
| - | + | ||
| - | Wir wollen folgende Reaktorkonzepte beleuchten: | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Type | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder masiv | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder mit flüssigem Kerm | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |} | + | |
| - | =Vorgehensweise0 | + | |
| - | Eine strukturierte Vorgehensweise ist hier entscheidend, | + | |
| - | + | ||
| - | <ol style=" | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | + | ||
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == Primärbaugruppen == | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | #* Materialien: | + | |
| - | #* Anforderungen: | + | |
| - | #* Mathematik: Ausdehnungskoeffizient, | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* Materialien: | + | |
| - | #* Anforderungen: | + | |
| - | #* Mathematik: Wärmeübertragungsgleichungen, | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* Anforderungen: | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == Reaktorkonzepte und Typen == | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Type | + | |
| - | ! | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | | | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | | | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Berechnung der Temperaturgrenzen der Komponenten | + | |
| - | ** Wärmeausdehnungskoeffizienten | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == Mathematik == | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | #* … | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* … | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* … ### Vorteil dieser Methode: | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | + | ||
| - | Mit diesem Ansatz könnten wir Schritt für Schritt vorgehen, und du hättest immer eine klare Übersicht und Möglichkeit zur Überprüfung und Ergänzung. | + | |
| - | + | ||
| - | Wir beginnen dann mit der ''' | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | + | ||
| - | Ich werde diese Anforderungen für jede Baugruppe durchgehen und anschließend die Markdown-Struktur für den ersten Abschnitt erstellen. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1. Reaktorgefäß === | + | |
| - | + | ||
| - | Das Reaktorgefäß stellt den Rahmen des Reaktors dar und muss daher extreme Bedingungen aushalten. Hier sind die Hauptanforderungen: | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hochtemperaturkeramiken (z. B. SiC, ZrO₂) | + | |
| - | ** Metalllegierungen, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hochtemperaturkeramiken sind sehr beständig gegen hohe Temperaturen (über 1000°C), wohingegen Metalllegierungen oft bis ca. 700-1000°C geeignet sind. | + | |
| - | ** Wichtige Parameter: Schmelzpunkt und Ausdehnungskoeffizient. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Bei Kontakt mit Kühlmitteln wie Metalleutektika oder Salzen könnte Korrosion auftreten. | + | |
| - | ** Hochtemperaturkeramiken zeigen hohe Korrosionsbeständigkeit in vielen chemischen Umgebungen, was sie geeignet für den Einsatz in Metallschmelzen macht. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Die Wärmeleitfähigkeit muss ausreichend hoch sein, um die thermische Belastung effizient abzuführen. | + | |
| - | ** Beispiel: SiC hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit (~120 W/m·K), während Metalle in der Regel höhere Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Festigkeit bei Temperaturänderungen ist erforderlich, | + | |
| - | ** Metalle wie Inconel bieten Duktilität und Festigkeit, während Keramiken spröder, aber korrosions- und temperaturbeständiger sind. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 2. Wärmetauscher === | + | |
| - | + | ||
| - | Der Wärmetauscher ist entscheidend, | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Metalle (z. B. Kupferlegierungen für hohe Wärmeleitfähigkeit) | + | |
| - | ** Keramiken in bestimmten Anwendungen, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Muss für den Temperaturgradienten zwischen Kühlmittel und der Außentemperatur des Reaktors ausgelegt sein. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Metalle sind hier oft vorzuziehen aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | ** Keramiken können als Beschichtungen eingesetzt werden, um Korrosion zu verhindern. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 3. Brennstoff-Gefäß/ | + | |
| - | + | ||
| - | Hier wird der Brennstoff aufbewahrt, was ihn zum kritischen Punkt für Temperaturbeständigkeit und Korrosionsresistenz macht. | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Keramiken (UO₂, SiC-beschichtete Brennstoffpartikel) oder Metallkeramiken | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Das Material muss hohen Temperaturen standhalten und sollte thermisch stabil sein, um Zersetzung oder Phasenumwandlungen zu vermeiden. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Das Material muss korrosionsbeständig gegenüber dem Kühlmittel sein, um Kontamination zu vermeiden. # Reaktorkonzept: | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 1. Primärbaugruppen == | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1.1 Reaktorgefäß === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hochtemperaturkeramiken: | + | |
| - | ** Schmelzpunkt und Ausdehnungskoeffizient sind wichtige Parameter. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hochtemperaturkeramiken zeigen hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Metalleutektika und Salzen. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Wärmeleitfähigkeit: | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Inconel und ähnliche Metalle bieten Festigkeit und Duktilität; | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1.2 Wärmetauscher === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Muss auf den Temperaturgradienten zwischen Kühlmittel und Reaktorumgebung ausgelegt sein. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Metalle bevorzugt aufgrund hoher Wärmeleitfähigkeit. | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1.3 Brennstoff-Gefäß/ | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Temperaturstabilität erforderlich. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Material muss korrosionsbeständig gegenüber dem Kühlmittel sein. | + | |
| - | + | ||
| - | Nun analysieren wir die spezifischen ''' | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === Reaktorkonzeptanalyse: | + | |
| - | + | ||
| - | Wir nehmen jedes Reaktorkonzept der Tabelle durch und erstellen eine kurze Analyse: | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Typ | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | Eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | Eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder massiv | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder mit flüssigem Kern | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1. Metalleutektikum + Metalleutektikum (Zwei Flüssigkeiten) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Eutektika weisen oft niedrige Schmelzpunkte auf, was in der Kombination vorteilhaft sein kann, da die beiden Phasen flüssig bleiben. | + | |
| - | ** Wichtige Eutektika wären hier Bleibismut oder Natrium-Kalium (NaK), die bis zu etwa 700°C stabil bleiben. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Metallische Eutektika neigen zu Korrosion bei hohen Temperaturen, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | ** Niedrige Wärmeausdehnung im Vergleich zu Feststoffen. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 2. Metalleutektikum + Salz (Zwei Flüssigkeiten) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze bieten hohe Temperaturbeständigkeit und können mit metallischen Eutektika kombiniert werden, um einen weiten Einsatzbereich (300–1000°C) abzudecken. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze können Korrosion fördern; eine Schutzbeschichtung für das Reaktorgefäß wäre erforderlich. | + | |
| - | ** Mögliche eutektische Reaktionen sind zu beachten, um Stabilität sicherzustellen. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Wärmeleitfähigkeit im metallischen Eutektikum und gute Temperaturbeständigkeit im Salz sorgen für eine effiziente Wärmeübertragung. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 3. Metalleutektikum + Feststoff (Eine Flüssigkeit) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Das flüssige Metall wird als Kühlmittel verwendet, während ein festes Brennstoffmaterial eingebettet ist. | + | |
| - | ** Eutektika könnten Temperaturen bis 600–700°C aushalten. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Flüssiges Metall kann bei festem Brennstoff Abrasion verursachen, | + | |
| - | ** Schutzelemente oder spezielle Keramikbeschichtungen können zur Reduktion beitragen. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Das flüssige Metall leitet Wärme effizient ab, während der Feststoff strukturelle Stabilität bietet. # Reaktorkonzepte: | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Typ | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | Eine Flüssigkeit | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 1. Metalleutektikum + Metalleutektikum (Zwei Flüssigkeiten) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Eutektika wie Bleibismut oder Natrium-Kalium (NaK) stabil bis ca. 700°C. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Korrosionsschutz erforderlich, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 2. Metalleutektikum + Salz (Zwei Flüssigkeiten) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Kombination erlaubt weiten Einsatzbereich (300–1000°C). | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze fördern Korrosion; Schutzbeschichtung notwendig. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Gute Wärmeleitfähigkeit im Eutektikum und hohe Temperaturbeständigkeit im Salz. | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 3. Metalleutektikum + Feststoff (Eine Flüssigkeit) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Einsatz von festem Brennstoff und flüssigem Eutektikum bis etwa 700°C. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Flüssiges Metall kann Abrasion am Feststoff verursachen; | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Effiziente Wärmeübertragung, | + | |
| - | + | ||
| - | Hier ist die detaillierte Analyse der weiteren Reaktorkonzepte mit Salz als Brennstoff oder Kühlmittel und Tetraeder als Brennstoff in einer Suspension. Ich folge dem gleichen Schema und ergänze die Markdown-Struktur am Ende. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 4. Salz + Metalleutektikum (Zwei Flüssigkeiten) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze wie Fluorid- oder Chloridsalze haben eine hohe Schmelztemperatur und bleiben bis zu etwa 1000°C stabil. In Kombination mit einem Metalleutektikum kann ein breiter Temperaturbereich genutzt werden. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze können bei Metallen Korrosion verursachen, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze haben geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Metallen, aber der Einsatz des Metalleutektikums kann dies ausgleichen und für eine effiziente Wärmeabfuhr sorgen. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 5. Salz + Salz (Zwei Flüssigkeiten) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Diese Kombination bietet hohe thermische Stabilität und Beständigkeit bis etwa 1000°C, was sie für Hochtemperaturanwendungen attraktiv macht. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze können stark korrosiv wirken, vor allem bei erhöhten Temperaturen. Hier ist die Wahl korrosionsbeständiger Materialien entscheidend. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Da beide Phasen Salze sind, ist die Wärmeleitfähigkeit niedriger, jedoch stabil und ausreichend für homogene Wärmeverteilung. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 6. Salz + Feststoff (Eine Flüssigkeit) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Der flüssige Salzanteil kann hohe Temperaturen aushalten (bis etwa 1000°C), während der Feststoff als Brennstoff den strukturellen Halt bietet. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze sind korrosiv und können bei Kontakt mit festen Materialien Abrasion verursachen. Spezielle Beschichtungen oder hochtemperaturbeständige Materialien sind hier notwendig. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Die Salzphase sorgt für gleichmäßige Wärmeverteilung, | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 7. Tetraeder massiv + Metalleutektikum (Suspension) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Massiver Tetraeder-Brennstoff mit festem Kern erlaubt hohe Temperaturbeständigkeit. Das Metalleutektikum kann bis zu 700°C stabil bleiben, je nach spezifischem Eutektikum. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Flüssige Metalle neigen zur Korrosion und könnten die Oberfläche des Tetraeders abtragen. Die Materialwahl für die Tetraeder-Oberfläche ist daher wichtig (z. B. keramische Beschichtung). | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Gute Wärmeleitung durch die Metallphase, | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 8. Tetraeder mit flüssigem Kern + Metalleutektikum (Suspension) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Der Tetraeder mit flüssigem Kern muss eine doppelte Hülle aufweisen, um die Innentemperatur und die Stabilität des Kerns zu gewährleisten. Diese Konstruktion kann thermisch stabil bis ca. 700°C bleiben. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Die äußere Schicht des Tetraeders muss korrosionsbeständig sein, um den flüssigen Kern zu schützen. Hier könnten spezielle Keramikbeschichtungen notwendig sein. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Die Metallschicht des Kerns unterstützt die Wärmeübertragung, | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | = Reaktorkonzepte: | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Typ | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | Eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | Eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder massiv | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder mit flüssigem Kern | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 4. Salz + Metalleutektikum (Zwei Flüssigkeiten) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Kombination erlaubt breiten Temperaturbereich bis 1000°C. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze fördern Korrosion; Schutzmaterialien erforderlich. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze haben geringere Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 5. Salz + Salz (Zwei Flüssigkeiten) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Stabile thermische Beständigkeit bis etwa 1000°C. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Hohe Korrosionsneigung, | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Wärmeleitfähigkeit ist niedriger, aber homogene Wärmeverteilung möglich. | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 6. Salz + Feststoff (Eine Flüssigkeit) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Flüssiges Salz bleibt stabil bis etwa 1000°C, Feststoff bietet Struktur. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salze sind korrosiv; Schutzbeschichtungen empfohlen. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Salz sorgt für Wärmeverteilung, | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 7. Tetraeder massiv + Metalleutektikum (Suspension) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Tetraeder und Metalleutektikum stabil bis etwa 700°C. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Flüssiges Metall kann Oberfläche abtragen; Beschichtung notwendig. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Gute Wärmeleitung und reduzierte Abrasion durch langsame Bewegung. | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == 8. Tetraeder mit flüssigem Kern + Metalleutektikum (Suspension) == | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | ** Stabilität bis etwa 700°C; doppelte Hülle schützt den flüssigen Kern. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Außenschicht des Tetraeders muss korrosionsbeständig sein. | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | ** Metallischer Kern verbessert Wärmeübertragung; | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | + | ||
| - | Ich werde zunächst einige Materialien vorschlagen, | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === Materialkandidaten und ihre Eigenschaften === | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | ==== 1. ''' | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | ==== 2. ''' | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | ==== 3. ''' | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | ==== 4. ''' | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ----- | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === Simulationseigenschaften und Berechnungsansatz === | + | |
| - | + | ||
| - | Für die Simulationen dieser Materialien sollten wir einige wesentliche Eigenschaften und Gleichungen zur Berechnung der thermischen und mechanischen Stabilität festlegen: | + | |
| - | + | ||
| - | <ol style=" | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | </ | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | </ | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | </ | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | < | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | = Vertiefende Analyse der spezifischen Materialien und Simulationseigenschaften = | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == Materialkandidaten und Eigenschaften == | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1. Hochtemperaturlegierungen (z. B. Inconel 718, Hastelloy X) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 2. Keramiken (z. B. Siliziumkarbid (SiC), Zirkoniumoxid (ZrO₂)) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 3. Eutektische Metalllegierungen (z. B. Pb-Bi, Na-K) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 4. Fluoridsalze (z. B. LiF-BeF₂, NaF-ZrF₄) === | + | |
| - | + | ||
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | * ''' | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | == Simulationseigenschaften und Berechnungen == | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 1. Wärmeübertragung === | + | |
| - | + | ||
| - | <math display=" | + | |
| - | q = -k \cdot \nabla T | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 2. Wärmeausdehnung === | + | |
| - | + | ||
| - | <math display=" | + | |
| - | \Delta L = \alpha \cdot L \cdot \Delta T | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 3. Korrosionsrate === | + | |
| - | + | ||
| - | <math display=" | + | |
| - | R = R_0 \cdot e^{-\frac{E_a}{RT}} | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === 4. Mechanische Stabilität === | + | |
| - | + | ||
| - | * Simulation über Finite-Elemente-Analyse (FEA). | + | |
| - | + | ||
| - | Simulation Analysis of Reactor Concepts (600-800°C) | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | = Simulation Analysis of Reactor Concepts (600-800°C) = | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Concept | + | |
| - | ! Fuel | + | |
| - | ! Coolant | + | |
| - | ! Max Temp Fuel (°C) | + | |
| - | ! Max Temp Coolant (°C) | + | |
| - | ! Corrosion Rate Fuel | + | |
| - | ! Corrosion Rate Coolant | + | |
| - | ! Thermal Conductivity Fuel (W/m·K) | + | |
| - | ! Thermal Conductivity Coolant (W/m·K) | + | |
| - | ! Thermal Expansion Fuel (µm/ | + | |
| - | ! Thermal Expansion Coolant (µm/ | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum + Metalleutektikum | + | |
| - | | Pb-Bi Eutectic | + | |
| - | | Na-K Eutectic | + | |
| - | | 700 | + | |
| - | | 800 | + | |
| - | | 0.030 | + | |
| - | | 0.02 | + | |
| - | | 16.0 | + | |
| - | | 86.0 | + | |
| - | | 15.0 | + | |
| - | | 20.0 | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salt + Metalleutektikum | + | |
| - | | NaF-ZrF4 Salt | + | |
| - | | Na-K Eutectic | + | |
| - | | 1000 | + | |
| - | | 800 | + | |
| - | | 0.015 | + | |
| - | | 0.02 | + | |
| - | | 1.7 | + | |
| - | | 86.0 | + | |
| - | | 10.5 | + | |
| - | | 20.0 | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder with Liquid Core + Metalleutektikum | + | |
| - | | Zirconium Oxide (ZrO2) | + | |
| - | | Na-K Eutectic | + | |
| - | | 2200 | + | |
| - | | 800 | + | |
| - | | 0.005 | + | |
| - | | 0.02 | + | |
| - | | 2.0 | + | |
| - | | 86.0 | + | |
| - | | 10.0 | + | |
| - | | 20.0 | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum + Salt | + | |
| - | | Pb-Bi Eutectic | + | |
| - | | LiF-BeF2 Salt | + | |
| - | | 700 | + | |
| - | | 1000 | + | |
| - | | 0.030 | + | |
| - | | 0.02 | + | |
| - | | 16.0 | + | |
| - | | 1.5 | + | |
| - | | 15.0 | + | |
| - | | 12.0 | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder massiv + Metalleutektikum | + | |
| - | | Silicon Carbide (SiC) | + | |
| - | | Pb-Bi Eutectic | + | |
| - | | 1600 | + | |
| - | | 700 | + | |
| - | | 0.001 | + | |
| - | | 0.03 | + | |
| - | | 120.0 | + | |
| - | | 16.0 | + | |
| - | | 4.9 | + | |
| - | | 15.0 | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | Um die Materialbelastung bei einer konstanten Betriebstemperatur von 800°C zu simulieren und zu beschreiben, | + | |
| - | + | ||
| - | # ''' | + | |
| - | #* Wärmebelastung kann durch den Wärmestrom, | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* Bei hohen Temperaturen dehnen sich Materialien aus. Die Wärmeausdehnung kann durch die Formel berechnet werden:< | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* Die Korrosionsrate nimmt mit steigender Temperatur oft exponentiell zu. Für die temperaturabhängige Korrosion verwenden wir die Arrhenius-Gleichung | + | |
| - | #* <math display=" | + | |
| - | # ''' | + | |
| - | #* Bei hohen Temperaturen wird die mechanische Festigkeit oft beeinträchtigt. Metalle wie [[Inconel]] und [[Hastelloy]] behalten ihre Festigkeit bis 800°C, während Keramiken wie SiC und ZrO₂ sehr hohe Temperaturbeständigkeit haben, aber bei plötzlichen Temperaturschwankungen spröder sind. Finite-Elemente-Analyse (FEA) kann die Spannungen und Dehnungen in den Materialstrukturen simulieren. | + | |
| - | + | ||
| - | <span id=" | + | |
| - | === Simulationstabelle für Materialbelastung bei 800°C === | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Material | + | |
| - | ! Max Temp (°C) | + | |
| - | ! Thermal Conductivity (W/m·K) | + | |
| - | ! Thermal Expansion (µm/ | + | |
| - | ! Corrosion Rate at 800°C | + | |
| - | ! Mechanical Stability | + | |
| - | ! Description of Suitability at 800°C | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Inconel 718 | + | |
| - | | 980 | + | |
| - | | 11 | + | |
| - | | 13.5 | + | |
| - | | 0.015 | + | |
| - | | High | + | |
| - | | Hohe Duktilität und Korrosionsbeständigkeit, | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Hastelloy X | + | |
| - | | 1000 | + | |
| - | | 10 | + | |
| - | | 14 | + | |
| - | | 0.012 | + | |
| - | | High | + | |
| - | | Hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsresistenz, | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Silicon Carbide (SiC) | + | |
| - | | 1600 | + | |
| - | | 120 | + | |
| - | | 4.9 | + | |
| - | | 0.005 | + | |
| - | | Very High | + | |
| - | | Sehr hitzebeständig und hohe Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Zirconium Oxide (ZrO₂) | + | |
| - | | 2200 | + | |
| - | | 2 | + | |
| - | | 10 | + | |
| - | | 0.01 | + | |
| - | | High | + | |
| - | | Extrem hitzebeständig, | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Pb-Bi Eutectic | + | |
| - | | 700 | + | |
| - | | 16 | + | |
| - | | 15 | + | |
| - | | 0.03 | + | |
| - | | Low | + | |
| - | | Effizient als Kühlmittel bei niedrigerer Temperatur, weniger geeignet für 800°C wegen hoher Korrosionsrate. | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Na-K Eutectic | + | |
| - | | 800 | + | |
| - | | 86 | + | |
| - | | 20 | + | |
| - | | 0.02 | + | |
| - | | Medium | + | |
| - | | Sehr wärmeleitend, | + | |
| - | |- | + | |
| - | | LiF-BeF₂ Salt | + | |
| - | | 1000 | + | |
| - | | 1.5 | + | |
| - | | 12 | + | |
| - | | 0.018 | + | |
| - | | Low | + | |
| - | | Stabil bei 800°C, jedoch geringe Wärmeleitfähigkeit und korrosiv auf Metalle. Geeignet als Hochtemperatur-Kühlmittel mit Beschichtungen. | + | |
| - | |- | + | |
| - | | NaF-ZrF₄ Salt | + | |
| - | | 1000 | + | |
| - | | 1.7 | + | |
| - | | 10.5 | + | |
| - | | 0.016 | + | |
| - | | Low | + | |
| - | | Hohe Temperaturbeständigkeit und mäßige Korrosion. Geringe Wärmeleitfähigkeit, | + | |
| - | |} | + | |
| - | + | ||
| - | Können wir zur Findung eines sinnvollen Reaktorkonzept versuchen alle Baugruppen in Bezug auf Temperaturverträglichkeit, | + | |
| - | + | ||
| - | Wir wollen folgende Reaktorkonzepte beleuchten: | + | |
| - | + | ||
| - | {| class=" | + | |
| - | |- | + | |
| - | ! Brennstoff | + | |
| - | ! Kühlmittel | + | |
| - | ! Type | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | zwei Flüssigkeiten | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Salz | + | |
| - | | Feststoff | + | |
| - | | eine Flüssigkeit | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder masiv | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |- | + | |
| - | | Tetraeder mit flüssigem Kerm | + | |
| - | | Metalleutektikum | + | |
| - | | Suspension | + | |
| - | |} | + | |
| + | [[Ausgangsituartion]] | ||
start.1730838736.txt.gz · Last modified: by stephan
