• Hintergrundbild Kernkraftwerk

    Kernenergie

So funktioniert ein Kernkraftwerk

Ein Kernkraftwerk arbeitet prinzipiell mit einem nuklearen Teil (Kernspaltung) und einem konventionellen Teil (Energieerzeugung). Hier laufen insgesamt drei Kreisläufe ab: der Primär- und Sekundärkreislauf sowie der Kühlkreislauf.

Im nuklearen Teil befindet sich der mit Wasser gefüllte Reaktordruckbehälter mit den Brennstäben, in denen durch Kernspaltung Wärmeenergie erzeugt wird. Steuerelemente in Form von Regelstäben aus Bor und Cadmium regulieren den Fluss der Spaltneutronen derart, dass genügend reaktionsfähige Neutronen für eine kontrollierte Kettenreaktion zur Spaltung der Uran-235-Kerne vorhanden sind. 

Die Kettenreaktion der Kernspaltung erzeugt im Reaktor Wärme, die abgeführt werden muss. Hierzu dient der Primärkreislauf, der den Spaltprozess im Reaktordruckbehälter kühlt und so als Wärmequelle zur Dampferzeugung genutzt werden kann. Neben dem Druckbehälter ist ein Dampferzeuger angeordnet. Dieser erzeugt mit der Wärme des Primärkreises Wasserdampf, der im Sekundärkreis einen üblichen Kreisprozess mit Dampfturbine durchläuft. 

Aufbau eines Kernkraftwerks

aufbau kernkraftwerk

Im sekundären, nicht nuklearen Kreislauf strömt der erzeugte Dampf durch eine Turbine, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Der Generator wandelt die Bewegungsenergie der Turbine in elektrische Energie um. Über einen Transformator gelangt der produzierte Strom dann in das Stromnetz.

Der tertiäre Kreislauf ist der Kühlkreislauf des Dampfsystems. Er nimmt im Kondensator die restliche thermische Energie des Dampfes auf, der die Turbine verlässt und führt sie ab. Dabei kondensiert der Dampf vollständig zu Wasser und kann wieder dem Dampferzeuger zur erneuten Verdampfung zugeführt werden. Die überschüssige Energie wird in einen Kühlturm abgeführt. 

Die strenge Trennung des Primärkreises von den anderen Kreisen ist unerlässlich, um zu vermeiden, dass radioaktiv verseuchtes Wasser des Primärkreislaufs in die Umwelt gelangt.

Typische Einsatzgebiete für selbsttätige Regelarmaturen in Kernkraftwerken:

  • Druckminderer DM 652 - Druckluftversorgung
  • Be- und Entlüfter EB 1.12 - Kühlwasserkreislauf
  • Druckminderer DM 510 - Kühlwasserkreislauf
  • Druckminderer DM 505 - Stickstoffversorgung
Ventile für die Kernkraft

Kernreaktortypen

In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt. Diese unterscheiden sich hauptsächlich durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren.

Die wichtigsten sind:

  • Der Leichtwasserreaktor (LWR) nutzt normales „leichtes“ Wasser (H2O) als Reaktorkühlmittel und Moderator. Als Kernbrennstoff dient reines Uranoxid oder ein Uran-Plutonium-Mischoxid. Leichtwasserreaktoren existieren in den Varianten Druckwasserreaktor (DWR) und Siedewasserreaktor (SWR). Beim DWR wird die Wärme aus der Spaltzone durch Wasser unter hohem Druck (ca. 160 bar) abgeführt, wodurch eine hohe Wassertemperatur im Primärkreislauf erreicht wird. Beim SWR siedet ein Teil des Kühlwassers im Reaktorinneren und treibt die Turbinen direkt an.
  • Der Schwerwasserreaktor (HWR) nutzt „schweres“ Wasser (D2O) als Reaktorkühlmittel und Moderator. Dieses Wasser hat gute Bremseigenschaften und eine geringe Neutronenabsorption. Dadurch kann als Brennstoff Natur-Uran mit einem Massenanteil an 235U von ca. 0,7 % verwendet werden. 
  • Der RBMK ist ein Siedewasserreaktor mit Druckröhren, der zwei Moderatoren benutzt: Wasser und Graphit. Daher kann für den Betrieb Uran mit der natürlichen Isotopenverteilung eingesetzt werden. Die Anlage erlaubt den Austausch der Brennelemente während des Betriebs. Es handelt sich um einen sowjetischen Reaktortyp, der seit der Katastrophe von Tschernobyl nicht mehr neu gebaut wird.
  • Der Brutreaktor (Schneller Brüter) erzeugt während des Betriebs spaltbares Plutonium aus Natur-Uran und ermöglicht dadurch eine höhere Brennstoffausnutzung. Als Kühlmittel wird statt Wasser flüssiges Natrium eingesetzt, da für diesen Reaktortyp schnelle Neutronen benötigt werden. Dies bereitet große Sicherheitsprobleme, denn Natrium reagiert mit Wasser stark exotherm und kann sich entzünden.
  • Der Hochtemperaturreaktor (HTR) arbeitet mit vergleichsweise hoher Temperatur (bis 950 °C). Hier befindet sich der Brennstoff in tennisballgroßen Kugeln aus Graphit, das als Moderator dient. Zur Kühlung wird Helium eingesetzt. Bei diesem Modell gilt eine Kernschmelze als ausgeschlossen, dennoch setzte sich dieser Reaktortyp nicht durch.
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