Nukleartechnik für die Raumfahrt

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tonthomas

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #600 am: 24. September 2016, 08:14:39 »
....
... aber selbstverständlich ist es ein Thorium-Reaktor ( THTR = ThoriumHochTemperaturReaktor).
Und ist ein Paradebeispiel für nicht beherrschte Technik, die man unbedingt großtechnisch umgesetzt bekommen wollte. Die Kugelumhüllungs-  bzw. Festigkeitsthematik war aber leider nicht gelöst. Das ist schon ein ausgemachter Skandal, was man sich da in Hamm erlaubt hat.

Gruß   Pirx

Offline R2-D2

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #601 am: 24. September 2016, 09:50:01 »
[..]
... aber selbstverständlich ist es ein Thorium-Reaktor ( THTR = ThoriumHochTemperaturReaktor).
Sorry, Zitat aus Wikipedia:
Zitat
Trotz seiner Bezeichnung als Thorium-Reaktor gewann er Energie im Wesentlichen, wie die meisten Kernkraftwerke, aus der Kernspaltung von Uran-235: Zwar bestand sein Kernbrennstoff zu 90 Prozent aus Thorium, aber dieses war zu weniger als 30 Prozent an seiner Energieerzeugung beteiligt.

thecrusader

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #602 am: 24. September 2016, 10:10:38 »
Witzig und peinlich in der Doku: Sie reden ständig von "Zellkernen" von Thorium, Plutonium und Uran ... Wer hat denn da synchronisiert? ... ok, eigentlich doch nur peinlich.

ARTE ist meiner Meinung nach kaum zu gebrauchen. Die sehr sachliche und ausgewogene Dokumentation:

https://www.youtube.com/watch?v=7nKRGWhXwIg von Derek Muller hat man einfach um die Vorteile der Atomkraft gekürzt. Die Doku gibt es übrigens auch auf YouTube.

Aber zurück zum Flüssig Salz Reaktor. Es kann keine Kernschmelze entstehen da das spaltbare Material bereits flüssig ist. Im Prinzip regelt sich der Reaktor alleine. Fällt die Entnahme der Wärme aus steigt natürlich die Temperatur. Mit steigender Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit aus und die Kernfusion spaltung (fission, danke r2-d2) nimmt ab, sprich es wird weniger Wärme produziert. Unterhalb des Reaktors ist ein Abflussrohr welches permanent gekühlt wird um einen Pfropfen aus Salz zu erzeugen. Fällt diese Kühlung aus, wird der Pfropfen flüssig und der Brennstoff des Reaktors fließt dadurch ab und in ein Auffangbecken. Sollte es in den Leitungen des Reaktors zu einem Leck kommen, kühlt das austretende Salz ab, verfestigt es sich und verschließt das Leck. Der Reaktor wird unter Normaldruck betrieben, nur die Kraft zum Pumpen des Brennstoffes wird benötigt. Befeuern kann man den Reaktor auch mit verbrauchten(!!!) Uranbrennstäben. Der "Atommüll" der bei diesem Verfahren anfällt muss lediglich 300 Jahre gelagert werden und ist danach wieder harmlos.
Nach allem was ich bisher weiß, ist das die beste Möglichkeit unseren Atommüll los zu werden.

Und wenn ich an die Experimente der Air Force denke, glaube ich kaum das Solarzellen im Weltraum großen Sinn ergeben. Soweit ich weiß braucht man im Marsorbit schon die 1,5 fache Größe an Solarzellen um die die gleiche Menge Strom zu erzeugen wie im Erdorbit.

« Letzte Änderung: 24. September 2016, 12:55:46 von thecrusader »

Offline R2-D2

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #603 am: 24. September 2016, 12:21:27 »
Aber zurück zum Flüssig Salz Reaktor. Es kann keine Kernschmelze entstehen da das spaltbare Material bereits flüssig ist. Im Prinzip regelt sich der Reaktor alleine. Fällt die Entnahme der Wärme aus steigt natürlich die Temperatur. Mit steigender Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit aus und die Kernfusion nimmt ab, sprich es wird weniger Wärme produziert.
[..]
sollte Kernspaltung oder Kernfission sein... (https://de.wikipedia.org/wiki/Kernspaltung)

thecrusader

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #604 am: 24. September 2016, 12:54:19 »
Richtig. Fission  ;)

Offline rok

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #605 am: 27. September 2016, 23:57:11 »
Ja, @ thecrusader, ich denke, du hast den Inhalt im Wesentlichen zusammengefasst, dabei wird ja auch deutlich zwischen den verschiedenen Reaktortypen unterschieden.  ;) ::)


Robert

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #606 am: 28. Dezember 2016, 22:36:13 »
Eine vollkommen neuartige Form der nuklearen Energieerzeugung wurde Ende November durch die Universität Bristol vorgestellt: Die sogenannte Diamantbatterie


https://www.youtube.com/watch?v=b6ME88nMnYE&feature=youtu.be

Offensichtlich war schon vorher bekannt, dass Diamanten in einem radioaktiven Strahlungsumfeld Spannung generieren. Nun beabsichtigt man aus radioaktiv kontaminierten Graphitblöcken aus Kernkraftwerken C-14 aus der äußersten Schicht zu extrahieren und daraus Diamanten zu erzeugen, die somit aus sich selbst (einen geringen) Strom erzeugen. Die Blöcke selbst sind danach weit weniger radioaktiv und können einfacher und günstiger gelagert werden.
Da die Beta-Strahlung von C-14 nicht einmal ein paar Zentimeter Luft überwinden kann, reicht offensichtlich bereits die Abscheidung einer dünnen nichtradioaktiven Diamantschicht um den C-14-Diamanten herum, um dessen Radioaktivität (fast) vollkommen abzuschirmen.

Zitat
Despite their low-power, relative to current battery technologies, the life-time of these diamond batteries could revolutionise the powering of devices over long timescales. The actual amount of carbon-14 in each battery has yet to be decided but one battery, containing 1g of carbon-14, would deliver 15 Joules per day.  This is less than an AA battery.  Standard alkaline AA batteries are designed for short timeframe discharge: one battery weighing about 20g has an energy storage rating of 700J/g. If operated continuously, this would run out in 24 hours. Using carbon-14 the battery would take 5,730 years to reach 50 per cent power, which is about as long as human civilization has existed
Quelle
Zitat
A diamond battery containing 20g of carbon-14 would deliver a small electrical charge of 300 joules per day. By contrast, an AA battery outputs 14,000 joules per day.
Quelle

20 g C-14-Diamant könnten somit ca. 300 Joule Energie pro Tag liefern, während eine handelsübliche AA-Batterie wohl ca. 14000 Joule liefern kann, nur wäre letztere nach einem Tag Dauerbetrieb leer, während die Diamantbatterie nach 5730 Jahren immer noch 150 Joule pro Tag liefern könnte.

Als potentielles Einsatzfeld wird unter anderem die Satellitentechnik gesehen, nur welcher Satellit soll derart lange seinen Dienst tun? ;)
Ich finde das Thema trotzdem hochinteressant und hier zumindest eine Erwähnung wert. Dutzende solcher Diamanten in Reihe geschaltet entsprächen somit einer AA-Batterie, die (theoretisch) nach 5730 Jahre erst halbvoll ist. Mal ein vermeintlich sinnvoller Ansatz mit dem Umgang von Atommüll. Wahrscheinlich steht und fällt wie immer alles mit den Kosten.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

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Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #607 am: 28. Dezember 2016, 23:19:24 »
das wären bei 20kg gerade mal 3,5W, nicht gerade viel

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Offline MR

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #608 am: 29. Dezember 2016, 00:25:48 »
Ist leider gewichtsmäßig vollkommen unsinnig. Bei einer Raumsonde wie New Horizons, die über 200 Watt benötigt, würde dann allein die Stromversorgung über 1 t wiegen. Zumal dürfte so eine Batterie nicht billiger sein als ein normaler RTG. Daher erschließt sich mir der Nutzen nicht.

AN

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #609 am: 29. Dezember 2016, 07:00:05 »
Ist leider gewichtsmäßig vollkommen unsinnig. Bei einer Raumsonde wie New Horizons, die über 200 Watt benötigt, würde dann allein die Stromversorgung über 1 t wiegen. Zumal dürfte so eine Batterie nicht billiger sein als ein normaler RTG. Daher erschließt sich mir der Nutzen nicht.
Mit dem Preis oder den Kosten ist das so eine Sache. Da man für den Prozess eine völlig andere Infrastruktur benötigt als z.B. für die Erzeugung von Pu oder Po oder anderem Spaltmaterial für den RTG-Einsatz muss man wohl für einen guten Vergleich sehr sorgfältig analysieren.

Dass der Ansatz aus GB kommt, wundert mich in Bezug auf die Graphitblöcke nicht. Kann durchaus sein, dass bestimmte Nationen bevorzugt die Frage des Verbleibs radioaktiver Graphitblöcke zu klären haben. Was wohl bisher mit dem bestrahlten Graphit aus den westlichen Magnox-GCRs und den sowjetischen RBMKs geschehen ist?

Axel

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Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #610 am: 29. Dezember 2016, 08:29:45 »
Die spezifische Leistung ist derart grottenschlecht das wir kaum noch diskutieren brauchen für Anwendungen in der Raumfahrt. Sinn macht so eine Batterie nur dort wo wirklich kein Zugriff auf andere Quellen möglich ist, wennig Energie benötigt wird diese extrem zuverlässig da sein muss.
Das könnte z.B. für Sensoren sein die nur sehr kurz aufwachen um Messergebnise zu senden.

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #611 am: 29. Dezember 2016, 09:44:12 »
Daher erschließt sich mir der Nutzen nicht.
Dem schließe ich mich, was Raumfahrtanwendungen betrifft, vollkommen an. Dennoch scheint die NASA an der Technik tatsächlich interessiert zu sein.
Zitat
Scientists at NASA are reportedly interested in using the technology in space flight...

Dies war auch der einzige Grund, weshalb ich dieses Thema hier überhaupt gepostet habe. Es wurde ja auch nirgendwo von der Erfindung des "Fluxkompensators" für die Energieerzeugung auf Raumfahrzeugen gesprochen bzw. dass diese Technologie zukünftig die Hauptenergieversorgung darstellen soll.
Natürlich ist das ziemlich wenig, was da erzeugt wird. Wir wissen gegenwärtig auch absolut nichts über Optimierungspotential, Skalierbarkeit oder gar Wirtschaftlichkeit. Für mich ist diese Technologie daher eine sehr interessante Randnotiz. Ob sich daraus tatsächlich einmal etwas ergibt, wird abzuwarten sein.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

McPhönix

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #612 am: 29. Dezember 2016, 11:05:20 »
Interessant wird sowas für mich erst, wenn da steht "Die erzeigte Spannung kann gerichtet auf xxx an zwei Polen Y und Z verlustfrei abgenommen werden. Die Elemente sind reihen- und parallelschaltbar.
Danach kann man dann auch uber die notwendige Versorgungseinheit diskutieren.
Falls einfache Hochskalierung der Einzelelemente möglich ist, kann man entscheiden, ob es z.B. vlt interessant wird für Sat-Hibernation oder (nach Speicherung) Aussenden von ereignisgetriggerten Radioblitzen/signalen aus Fernraumsonden..

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Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #613 am: 29. Dezember 2016, 14:24:43 »
Ok, ganz nutzlos ist das nicht unbedingt falls die Herstellung nicht auch extrem teuer ist.
mit 20t und 3,5kW und praktisch unbegrenzter Energie gibt's vielleicht doch Anwendungen.

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #614 am: 29. Dezember 2016, 15:07:33 »
20 g C-14-Diamant könnten somit ca. 300 Joule Energie pro Tag liefern, während eine handelsübliche AA-Batterie wohl ca. 14000 Joule liefern kann, nur wäre letztere nach einem Tag Dauerbetrieb leer, während die Diamantbatterie nach 5730 Jahren immer noch 150 Joule pro Tag liefern könnte.

Kann mann nicht beides kombinieren? Also eine Baterie zyklisch mit einer Diamantbaterie aufladen, um dann größere Energiemengen abrufen zu können?  Wenn man z.B. das interstellare Medium erforschen will könnte ich mir gute Einsatzmöglichkeiten dafür vorstellen. Alle zwei Jahre eine Messung über lange Zeiträume könnten auch schon wertvoll sein.

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Online MpunktApunkt

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #615 am: 30. Dezember 2016, 10:42:00 »
20 g C-14-Diamant könnten somit ca. 300 Joule Energie pro Tag liefern, während eine handelsübliche AA-Batterie wohl ca. 14000 Joule liefern kann, nur wäre letztere nach einem Tag Dauerbetrieb leer, während die Diamantbatterie nach 5730 Jahren immer noch 150 Joule pro Tag liefern könnte.

Hallo,

falls das Konzept Kunstdiamanten aus C14 vorsieht, ist das wohl eine der besch... und unfinanzierbarsten Ideen die ich mir gleich nach Antimaterie vorstellen kann. Es sei denn, das Konzept funktioniert mit Diamantenstaub. Falls man aber Stücke braucht glaube ich nicht, dass man in absehbarer Zeit Industriediamanten in entsprechender Größe aus irgendeinem Kohlenstoffisotop herstellen kann.

Gruß

Mario
Wenn Du heute morgen schon sechs unmögliche Dinge getan hast, warum dann nicht als siebentes zum Frühstück ins Milliways, das Restaurant am Ende des Universums?

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #616 am: 15. Februar 2017, 07:21:57 »
Die NASA arbeitet offensichtlich seit 2015 (Vorarbeiten reichen weiter zurück) am sogenannten KiloPower Reaktor für elektrische Leistungen im Kilowattbereich (bis zu 10 kW), einem sehr kompakten Spaltungsreaktor mit Stirlingmotoren für Raumfahrtanwendungen (z.B. Tiefenraummissionen oder Marsoberfläche). Offensichtlich soll noch dieses Jahr ein nuklearer Demonstrator auf der Nevada National Security Site getestet werden.
https://www.rdmag.com/article/2017/02/nuclear-reactors-power-space-exploration


Quelle: rdmag.com

Die Erkenntnisse aus dem Projekt sollen später u.U. in einen MegaPower Reaktor einfließen (allerdings für irdische Anwendungen).

Mehr zum Thema:
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20160012354.pdf (recht aktuelle PowerPoint von 2016)
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20140017750.pdf (Publikation 2014)

Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Offline Hugo

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #617 am: 15. Februar 2017, 07:49:24 »
Sehe ich das richtig, die NASA entwickelt einen ÜBERKRITISCHEN Nuklearen Reaktor für die Raumfahrt? Das war doch gerade die einzige Sicherheit in der Raumfahrt, daß alle Reaktoren unterkritisch arbeiteten. Somit gab es nur einen Betriebszustand welchen man stabil halten musste in jeder Fehlersituation. Und das war relativ einfach. Wenn er Überkritisch arbeitet, habe ich gleich wieder mehrere Betriebszustände von denen so ziemlich alle außer einer (Cold Shutdown) nur mit aktiver und funktionierender Kühlung gehalten werden kann. Wie in einem echten Atomkraftwerk auch. Und dieser Cold Shutdown ist leider nur aktiv manuell und zusätzlich noch langsam zu erreichen. Ich bin mal über die Konstruktionspläne welche man der Öffentlichkeit geben wird, gespannt.

Offline wulf 21

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #618 am: 15. Februar 2017, 11:24:22 »
Ist vermutlich auch ein Grund weswegen sämtliche Missionskonzepte, die in der Powerpoint vorgestellt wurden neben dem Kilopower-Reactor mit mehreren RTGs ausgestattet sind. So kann das Raumfahrzeug und die Kühlung immer noch in einem fail safe mode funktionieren, wenn der Reaktor heruntergefahren werden muss.

Ich denke mal, aus Sicherheitsgründen wird man wird den Reaktor frühestens hochfahren, wenn man bereits auf einer Fluchtbahn von der Erde ist.

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #619 am: 15. Februar 2017, 11:50:52 »
Ich denke das ist anders gemeint. Schaut man sich zum Beispiel die vorgeschlagene Trojan-Tour-Mission an, so wird in der Präsentation aufgelistet, dass diese entweder 8 MMRTGs (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator) oder 6 ASRGs (Advanced Stirling Radioisotope Generator) oder eben einen KiloPower Reaktor verwenden könnte.

Aus der ASRG-Entwicklung hat sich die NASA zumindest offiziell ohnehin zurückgezogen......und 8 MMRTGs wären schon happig was die Plutonium-238 Vorräte der NASA betrifft (aber da kann das ORNL ja nachproduzieren).
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #620 am: 16. Februar 2017, 07:36:22 »
Auch China möchte bis 2020 einen Kernreaktor für Weltraumapplikationen fertig haben und 2025 starten. Leistungsbereich: 100 kW (also 20 mal mehr als der russische Topaz-Reaktor)
http://www.spaceflightfans.cn/9460.html

Damit beschäftigen sich gegenwärtig alle drei großen Raumfahrtnationen mit Weltraumreaktoren.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

McPhönix

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #621 am: 16. Februar 2017, 11:44:29 »
Interessant wäre für mich , ob man auch mal dahin kommt zu sagen "Ja früher hatte man auch vor dem Feuer Angst. Aber inzwischen stehen die verschiedensten Löschmittel für unterschiedliche Brandbedingungen bereit. Ausgreifte Warnanlagen geben frühzeitig Signal. Warum also auf die Anwendung des Feuers verzichten?".

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Offline Terminus

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #622 am: 17. Februar 2017, 06:17:07 »
Interessant wäre für mich , ob man auch mal dahin kommt zu sagen "Ja früher hatte man auch vor dem Feuer Angst. Aber inzwischen stehen die verschiedensten Löschmittel für unterschiedliche Brandbedingungen bereit. Ausgreifte Warnanlagen geben frühzeitig Signal. Warum also auf die Anwendung des Feuers verzichten?".

Ja, das wäre natürlich genial. Aber was sollte das für ein "Löschmittel" sein? Es müsste ja auf Atomteilchenniveau funktionieren und zwar im selben Zeitmaßstab wie die Kernspaltung selbst oder wenigstens wie deren Kettenreaktion.

Das heißt, eine solche "Atomfeuer-Löschtechnik" müsste definitiv feststellen können, dass eine Kettenreaktion an jeder beliebigen (atomteilchengroßen) Stelle innerhalb des (dezimeter- bis metergroßen) Reaktorraums gerade prompt überkritisch wird, und dann ihrerseits so schnell reagieren können, dass diese beginnende Überkritikalität sofort im Keim erstickt wird, noch bevor sich die ersten Dampfblasen im Kernbrennstoff bilden und das Ganze irreparabel auseinandertreiben...

Gibt es sowas mittlerweile?

Außerdem werden beim chemischen Feuer, wenn es mal außer Kontrolle gerät, noch halbwegs überschaubare Kräfte frei. Seien wir mal ehrlich, eigentlich wäre die Kernkraft eine geile Energietechnik. Ab und zu eine Meilerexplosion könnte sich eine Zivilisation m.E. sogar noch leisten, wenn dabei maximal das Kraftwerk und seine unmittelbare Umgebung beschädigt würde. (Vergleichbar z.B. mit Munitionsfabriken, Raffinerien usw, da geht man das Risiko ja auch ein, siehe z.B. die Dioxinkatastrophe von Seveso.) Aber so ist es ja nicht. Es können genug Energien und Schadstoffe frei werden, um ganze Landstriche auf Jahrzehnte zu verwüsten. Und das geht nicht. :(
« Letzte Änderung: 17. Februar 2017, 12:47:29 von Terminus »

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Offline HausD

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #623 am: 17. Februar 2017, 07:48:33 »
... natürlich genial. Aber was sollte das für ein "Löschmittel" sein? Es müsste ja auf Atomteilchenniveau funktionieren ...
Gibt es, macht es: Wasserstoff, Wasser, Graphit, ... Cadmium, Beryllium, ...   (s. hier Moderatoren)

Gruß, HausD

AN

  • Gast
Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #624 am: 17. Februar 2017, 09:56:58 »
Interessant wäre für mich , ob man auch mal dahin kommt zu sagen "Ja früher hatte man auch vor dem Feuer Angst. Aber inzwischen stehen die verschiedensten Löschmittel für unterschiedliche Brandbedingungen bereit. Ausgreifte Warnanlagen geben frühzeitig Signal. Warum also auf die Anwendung des Feuers verzichten?".

Ja, das wäre natürlich genial. Aber was sollte das für ein "Löschmittel" sein? Es müsste ja auf Atomteilchenniveau funktionieren und zwar im selben Zeitmaßstab wie die Kernspaltung selbst oder wenigstens wie deren Kettenreaktion.

Das heißt, eine solche "Atomfeuer-Löschtechnik" müsste definitiv feststellen können, dass eine Kettenreaktion an jeder beliebigen (atomteilchengroßen) Stelle innerhalb des (dezimeter- bis metergroßen) Reaktorraums gerade prompt überkritisch wird, und dann ihrerseits so schnell reagieren können, ...
Zur Erinnerung: Das ist genau das, was in Tschernobyl nicht funktioniert hat und zu den bekannten Folgen führte. Vorher dachte man, die Konstruktion wäre sicher. Nachher hat man andere Reaktoren stillschweigend modifiziert ....

Axel