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Ein '''Steuerstab''', auch '''Regelstab''' oder '''Kontrollstab''' genannt, dient der Regelung und [[Abschaltung (Reaktortechnik)|Abschaltung]] eines [[Kernreaktor]]s.

Er enthält ein Material, das [[Neutron]]en stark absorbiert. Wenn es sich im [[Reaktorkern]] befindet, absorbiert es einen Teil der durch die [[Kernspaltung]] freigesetzten Neutronen, so dass diese nicht für weitere Kernspaltungen zur Verfügung stehen. Auf diese Weise wird die [[Kernreaktionsrate]] der [[Kettenreaktion (Kernphysik)|Kettenreaktion]] im Reaktor verringert (siehe auch [[Kritikalität]]). Daher kann die [[Leistung (Physik)|Leistung]] des Reaktors – neben anderen Möglichkeiten zur Regelung – durch das mehr oder weniger tiefe Einfahren der Steuerstäbe in den Reaktorkern geregelt werden.

Durch das vollständige Einfahren der Steuerstäbe kann die Kettenreaktion völlig unterbunden, der Reaktor also abgeschaltet werden. Im Normalbetrieb befindet sich immer ein Teil der vorhandenen Steuerstäbe außerhalb des Reaktorkerns, um im Notfall den Reaktor sicher abschalten zu können. ''Abschalten'' bedeutet allerdings nur die Unterbrechung der Kettenreaktion. Es bedeutet nicht, dass der Reaktor keine Wärme mehr liefert (siehe [[Nachzerfallswärme]]).

== Druckwasserreaktor ==
[[Bild:PWR control rod assemby.jpg|200px|mini|Steuerstabantrieb oberhalb eines Druckwasserreaktor-Brennelements]]
In [[Druckwasserreaktor]]en bestehen die Steuerstäbe normalerweise aus einem stählernen Hüllrohr, das mit einem Material gefüllt ist, das einen hohen [[Wirkungsquerschnitt|Absorptionsquerschnitt]] für thermische Neutronen aufweist, meist [[Cadmium]]- oder [[Bor]]verbindungen<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nuklearesicherheit.de/wissen/physikalische-grundlagen/kernspaltung/ |titel=Kernspaltung |abruf=2021-05-28}}</ref>. In jedes [[Brennelement]] können mehrere Steuerstäbe von oben über die Steuerstabführungsrohre eingefahren werden. Die Steuerstäbe eines Brennelementes werden einzeln baulich zu einem '''Steuerelement''' zusammengefasst und mehrere Steuerelemente leittechnisch zu einer Steuerelement''bank''. Alle Stäbe einer Steuerelementbank werden gemeinsam als Ganzes verfahren, stehen also jeweils auf gleicher Einfahrtiefe. In der Regel gibt es in einem Druckwasserreaktor zwei dieser leittechnischen Bänke. Die eine wird zur Regelung des Reaktors im Bereich schneller Leistungsänderungen, die andere ausschließlich für die [[Reaktorschnellabschaltung]] verwandt. Die langfristige Leistungsregelung erfolgt beim Druckwasserreaktor im Normalbetrieb jedoch ausschließlich über die [[Borsäure]]konzentration im Primärkreis.

== Siedewasserreaktor ==
Im [[Siedewasserreaktor]] gibt es keine einzelnen Steuerstäbe, hier sind die Röhrchen mit dem neutronenabsorbierenden Material zu einem Steuer''element'' mit kreuzförmigem Querschnitt zusammengebaut. Die Röhrchen eines Steuerelementes sind von einer gemeinsamen stählernen Hülle umschlossen. Die Steuerelemente werden im Unterschied zum Druckwasserreaktor nicht von oben ''in'', sondern von unten ''zwischen'' die Brennelemente gefahren; es gibt für je vier Brennelemente ein Steuerelement. Auch hier werden die Steuerelemente leittechnisch zu Bänken zusammengefasst. Anders als beim Druckwasserreaktor dienen die Steuerstäbe im Normalbetrieb aber nur zum An- und Abfahren und zur Reaktorschnellabschaltung. Die langfristige Leistungsregelung des Siedewasserreaktors erfolgt indirekt über die Drehzahl der Hauptkühlmittelpumpen, die den Dampfgehalt im Reaktorkern und damit die [[Reaktivität (Kerntechnik)|Reaktivität]] beeinflusst (siehe [[Dampfblasenkoeffizient]]). Das Einfahren von unten hat den Zweck, den Dampfgehalt – der in siedendem Wasser naturgemäß von unten nach oben zunimmt – mit seiner reaktivitätsverringernden Wirkung räumlich möglichst auszugleichen, also die Leistungsverteilung in senkrechter Richtung gleichmäßiger zu machen.

== Weitere Reaktortypen ==
In anderen Reaktortypen funktionieren Steuerstäbe in ähnlicher Weise, sind aber oft etwas anders ausgeführt. Im [[RBMK]] beispielsweise werden Steuerstäbe zur Regelung der Gesamtleistung und zur Schnellabschaltung von oben eingefahren, während weitere von unten einfahrbare Steuerstäbe zum Ausgleichen der Leistungsverteilung dienen.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.world-nuclear.org/info/inf31.html |wayback=20130212224127 |text=Archivierte Kopie |archiv-bot=2023-01-15 12:39:01 InternetArchiveBot }}</ref>

Im [[THTR-300]], einem Prototyp eines [[Hochtemperaturreaktor]]s, dienten die Steuerstäbe nur zur Abschaltung.

== Abnutzung von Steuerstäben ==
Durch die Absorption von Neutronen wird das neutronenabsorbierende Material mit der Zeit verbraucht. Außerdem entstehen bei der Absorption innerhalb der stählernen Umhüllung [[Helium]] und andere Gase. Diese Gase können zu einem hohen Druck innerhalb der stählernen Umhüllung führen. Aus diesen Gründen haben Steuerstäbe nur eine begrenzte Lebensdauer und müssen nach ca. 6 bis 10 Jahren ausgewechselt werden.
== Nutzung überschüssiger Neutronen ==
Da Steuerstäbe das – in [[Neutronenquelle]]n oder [[Forschungsreaktor]]en wertvolle – „Gut“ Neutronen nicht sinnvoll nutzen, gibt es verschiedentlich Vorschläge, die überschüssigen Neutronen zu nutzen. Denkbar wäre hier [[Transmutation]] oder die Erzeugung medizinischer oder industrieller [[Radionuklid]]e. Einige Reaktoren vom Typ [[CANDU]] werden für Letzteres genutzt, indem einige Kontrollstäbe durch Kobalt ersetzt werden, wobei durch Neutroneneinfang das radioaktive [[Kobalt-60]] entsteht, welches in Medizin und Industrie Anwendung findet.

== Literatur ==
{{Siehe auch|Reaktortechnik|Reaktorsicherheit}}

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Reaktortechnik]]
[[Kategorie:Reaktorsicherheit]]

Steuerstab - Versionsgeschichte

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