Kernkraftwerk: Wirkungsweise, Reaktortypen und Sicherheit in Deutschland
Kernkraftwerk
- 03.09.2024
Kernkraftwerk: So funktioniert es
Ein Kernkraftwerk nutzt die kontrollierte Kernspaltung von spaltbaren Materialien wie Uran-235, um Energie in Form von Wärme zu erzeugen. Der Prozess beginnt in einem Reaktordruckbehälter (RDB), wo Brennstäbe aus angereichertem Uran-235 in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Wenn ein Neutron auf ein Uran-Atom trifft, spaltet sich das Atom, wobei es weitere Neutronen und eine erhebliche Menge Energie in Form von Wärme freisetzt. Diese Neutronen können dann weitere Uran-Atome spalten, wodurch eine Kettenreaktion ausgelöst wird.Die freigesetzte Wärme wird genutzt, um Wasser zu erhitzen. In vielen Kernkraftwerken geschieht dies in einem Primärkreislauf, in dem das Wasser unter hohem Druck steht, um das Kochen zu verhindern. Das erhitzte Wasser oder der Dampf treiben Turbinen an, die wiederum Generatoren antreiben und dadurch elektrische Energie erzeugen. Diese mechanische Energie wird sodann in elektrische Energie umgewandelt, die in das Stromnetz eingespeist wird.
Die Regulierung beziehungsweise kontrollierte Durchführung der Kettenreaktion erfolgt durch das Ein- und Ausfahren von Kontrollstäben. Diese Stäbe bestehen aus Materialien wie Bor oder Cadmium; diese absorbieren Neutronen und können dadurch die Reaktionsrate kontrollieren. Durch das Einfahren der Kontrollstäbe wird die Anzahl der Neutronen im Reaktor verringert, was die Kettenreaktion verlangsamt oder stoppt. Das Herausfahren der Kontrollstäbe hingegen beschleunigt die Reaktion.
Reaktortypen in Deutschland: SWR und DWR
In Deutschland wurden hauptsächlich zwei Arten von Reaktoren eingesetzt: Siedewasserreaktoren (SWR) und Druckwasserreaktoren (DWR). Beide Reaktortypen haben spezifische Betriebsweisen und Sicherheitsvorkehrungen, die entscheidend für ihre Funktion sind:1. Siedewasserreaktoren (SWR)
Ein Siedewasserreaktor (SWR) erhitzt das Wasser im Reaktordruckbehälter direkt auf über 280 Grad Celsius, wobei ein Druck von etwa 70 Bar herrscht. Unter diesen Bedingungen verdampft ein Teil des Wassers direkt im Reaktor. Der entstehende Dampf wird zur Turbine geleitet, wo er zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird. Nachdem der Dampf seine Energie abgegeben hat, wird er kondensiert und als Wasser zurück in den Kreislauf geführt.
Der Kreislauf eines Siedewasserreaktors bleibt geschlossen, um eine Kontamination der Umwelt zu verhindern. Der Dampf, der die Turbinen antreibt, ist der gleiche, der durch den Reaktor fließt, was bedeutet, dass das System direkt mit dem Reaktor verbunden ist. Ein Beispiel für einen Siedewasserreaktor in Deutschland ist das Kernkraftwerk Gundremmingen.
2. Druckwasserreaktoren (DWR)
Druckwasserreaktoren (DWR) arbeiten mit einem Primär- und einem Sekundärkreislauf. Der Primärkreislauf steht unter einem hohen Druck von etwa 150 Bar, wodurch das Wasser trotz hoher Temperaturen flüssig bleibt. Dieses erhitzte Wasser gibt seine Wärme in einem Dampferzeuger an den Sekundärkreislauf ab, in dem Wasser in Dampf umgewandelt wird. Der Dampf treibt dann die Turbinen an, die wiederum Generatoren zur Stromerzeugung betreiben.
Ein Vorteil des Druckwasserreaktors ist, dass der Primärkreislauf, der radioaktive Substanzen enthält, vom Sekundärkreislauf getrennt ist. Dies bedeutet, dass radioaktive Substanzen im Primärkreislauf verbleiben und keine Kontamination der Turbinen erfolgt. Ein Beispiel für einen Druckwasserreaktor ist das Kernkraftwerk Grohnde.
Sicherheitskultur und Sicherheitssysteme in Kernkraftwerken
Sicherheitssysteme in Kernkraftwerken sind darauf ausgelegt, mehrere Barrieren gegen das Austreten von Radioaktivität zu bieten. Diese Systeme umfassen:
Kontrollstäbe: Diese absorbieren Neutronen und regulieren die Kettenreaktion. Sie können schnell eingefahren werden, um die Reaktion zu stoppen.
Notkühlsysteme: Diese Systeme sind darauf ausgelegt, den Reaktor auch im Falle eines Ausfalls der Hauptkühlsysteme zu kühlen.
Schutzbehälter: Ein robuster, oft aus Stahl und Beton bestehender Behälter, der den Reaktordruckbehälter umgibt, um die Freisetzung von Radioaktivität zu verhindern.
Mehrere Kühlkreisläufe: Diese reduzieren das Risiko, dass radioaktives Material in die Umwelt gelangt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Sicherheit ist die Redundanz: Kritische Systeme sind mehrfach vorhanden, sodass der Ausfall eines Systems nicht zu einem Unfall führen kann. Die Sicherheitskultur wird durch das Management und die Mitarbeiter getragen, die darauf achten, dass alle Sicherheitsvorkehrungen eingehalten und kontinuierlich verbessert werden.
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