Nachzerfallswärme

Nachzerfallswärme, auch Restwärme genannt, ist die Wärmeabgabe eines Kernreaktors oder einzelner Brennelemente nach Stillstand aufgrund des radioaktiven Zerfalls der Spaltprodukte im Brennstoff. Sie gehört zu den wichtigsten Komponenten der Restwärme, die nach dem Abschalten verbleibt und durch Kühlung abgeführt werden muss.

Ursachen: Die Hauptquelle sind Beta- und Gamma-Zerfälle der kurz- bis mittellanglebigen Spaltprodukte; deren Zerfallsenergien werden in Wärme umgewandelt. Langzeitkomponenten aus langlebigen Actiniden tragen deutlich weniger zur anfänglichen Hitze bei, bleiben aber über Jahre spürbar. Die genaue Verteilung hängt von Brennstofftyp, Burnup, Abkühlzeit und Betriebsgeschichte ab.

Zeitverlauf und Größenordnung: Unmittelbar nach Abschaltung beträgt die Nachzerfallswärme typischerweise einige Prozent der thermischen Leistung des Reaktors. Im Verlauf von Stunden bis Tagen sinkt sie deutlich; nach Tagen liegt sie meist im Promillebereich der Nennleistung. Nach Wochen bis Monaten nimmt sie weiter ab, bleibt jedoch als Restwärme relevant, insbesondere bei der Lagerung von abgebranntem Brennstoff und bei Stilllegungen.

Berechnung und Bedeutung: Die Nachzerfallswärme lässt sich grundsätzlich als Qdot(t) = sum_i λ_i N_i(t) E_i beschreiben, also als Summe der Zerfallsraten λ_i multipliziert mit der freigesetzten Energie pro Zerfall E_i. In der Praxis verwenden Sicherheitsanalysen Modelle und Messdaten, um Kühl- und Notkühlungsanforderungen zu planen, sowohl während des Reaktorbetriebs als auch bei Zwischenlagern und Endlagerprozessen.

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