Kernkraftwerke: Funktion, Komponenten und Prozesse

Kernreaktoren: Das Herzstück der Kernkraft

Der Kernreaktor ist die wichtigste Komponente eines Kernkraftwerks und bildet dessen Herzstück. Der Reaktor ermöglicht eine dauerhafte und kontrollierte Kettenreaktion, die die thermische Energie nutzt, um Dampf zu erzeugen. Dieser Dampf treibt eine Turbine an, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt.

Bestandteile eines Kernreaktors

• Reaktordruckbehälter: Ein dichter Behälter, der die Neutronenquelle und die Brutstoffe enthält.
• Moderator: Reduziert die Geschwindigkeit der bei der Kernspaltung freigesetzten Neutronen, um ihre Wirkung auf andere spaltbare Atome zu erhöhen und die Reaktion aufrechtzuerhalten.
• Steuerstäbe: Bestehen aus Materialien, die Neutronen absorbieren. Ihre Aufgabe ist es, die Anzahl der Kernspaltungen im Reaktor pro Zeiteinheit zu regulieren.
• Kühlmittel: Kühlt den Reaktor, um eine Überhitzung zu vermeiden, und transportiert die Wärme entweder direkt oder über einen Sekundärkreislauf zur Turbine-Generator-Gruppe. Anschließend kehrt es zum Reaktor zurück, um den Zyklus zu wiederholen.

Typen von Kernkraftwerken

Druckwasserreaktoren (DWR)

Druckwasserreaktoren (DWR) verwenden angereichertes Uran als Brennstoff und Wasser sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator. Die erzeugte Wärme wird durch den primären Kühlkreislauf in den Sekundärkreislauf übertragen, um Dampf zu erzeugen.

Siedewasserreaktoren (SWR)

Siedewasserreaktoren (SWR) verwenden ebenfalls angereichertes Uran und Wasser. Im Gegensatz zu DWR-Reaktoren verwenden sie jedoch nur einen Kühlkreislauf, da der Dampf direkt im Inneren des Reaktors entsteht, weil das Wasser unter geringerem Druck steht und zu kochen beginnt. Daher gibt es nur einen Primärkreislauf.

Wichtige Gebäude in Kernkraftwerken

• Containment-Gebäude: Umschließt den Reaktor und alle Elemente des Primärkreislaufs, der aus drei parallelen Schleifen besteht. Jede Schleife verfügt über eine Pumpe, einen Druckhalter und einen Dampferzeuger.
• Turbinengebäude: Beherbergt die Turbine-Generator-Gruppe, die Vorwärmer und Dampfkondensatoren sowie die Vorwärmer des Speisewassers.
• Brennstoffgebäude: Wird für die Lagerung von Brennstoff vor dem Laden des Reaktors und für gebrauchten Brennstoff verwendet, der zur Wiederaufbereitung geschickt werden soll.
• Kontrollgebäude: Beherbergt die Leitwarte, das Nervenzentrum der Anlage. Hier werden die Messwerte und die Leistung aller Geräte- und Sicherheitssysteme überwacht und die Befehle erteilt.
• Nebengebäude: Beherbergt Komponenten von Hilfs- und Sicherheitssystemen, Systeme zur Behandlung radioaktiver Abfälle, Filteranlagen und Klimaanlagen für das Gebäude.

Funktionsweise eines Kernkraftwerks

Die im Reaktorkern erzeugte Energie wird durch das Kühlmittel (Wasser) abgeführt, das in einem geschlossenen Kreislauf unter hohem Druck zirkuliert. Dieses Kühlmittel transportiert die Wärme zum Sekundärkreislauf, wo sich die Dampferzeuger befinden. Der erzeugte Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator (Alternator) gekoppelt ist. Die erzeugte elektrische Energie wird über Transformatoren in das Stromnetz eingespeist.

Nach dem Durchlaufen der Turbine wird der Dampf im Kondensator wieder zu Wasser verflüssigt. Das Kondensat wird dann durch Pumpen zurück zum Dampferzeuger gepumpt, wo es erneut verdampft wird, wodurch sich der Kreislauf schließt. Das Kühlwasser für den Kondensator ist ein offener Kreislauf. Es wird direkt aus einem Fluss oder dem Meer entnommen, durch die Umwälzpumpen und den Kondensator geleitet und anschließend wieder in den Fluss oder das Meer zurückgeführt. Wenn der Fluss wenig Wasser führt und eine Wärmebelastung droht, wird das Wasser zuvor in Kühltürmen abgekühlt.