Das Kernkraftwerk
Ein Kernkraftwerk (KKW), auch Atomkraftwerk (AKW) oder Nuklearkraftwerk, ist ein Wärmekraftwerk bei dem durch kontrollierte Kernspaltung (Fission) elektrische Energie gewonnen wird.
Inhaltsverzeichnis
Aufbau
Ein Atomkraftwerk besteht aus 3 verschiedenen Bereichen: dem Reaktor (links), dem Maschinenraum (mitte) und dem Kühlturm (rechts).
Funktionsweise
Der Kernreaktor
Im Reaktor wird durch kontrollierte Kernspaltung und radioaktiven Zerfall Kernenergie freigesetzt. Im Reaktor befinden sich die Brennelemente, als Brennstoff verwendet man meistens das chemische Element Uran. Das häufigste Uranisotop ist Uran-238 mit 92 Protonen und 146 Neutronen im Kern. In Kernkraftwerken verwendet man dagegen das Isotop Uran-235, das drei Neutronen weniger besitzt und leicht spaltbar ist. Im Leistungsbetrieb erhitzen sich die Brennelemente auf bis zu 2000 Grad.
Es werden bewusst große Urankerne mit Neutronen beschossen, die sich dann in kleinere Kerne und zwei bis drei einzelne Neutronen spalten. Die Bruchstücke fliegen mit hohen Geschwindigkeiten auseinander, sie sind aber zu schnell, deshalb prallen sie an anderen Urankernen ab. Die Neutronen können erst weitere Urankerne spalten, wenn sie verlangsamt werden, deshalb sind die Brennstäbe mit Wasser umgeben, weil durch Stöße mit den Wasserstoffatomen die Neutronen einen Teil ihrer Energie verlieren und so abgebremst werden. Cadmium- und borhaltige Kontrollstäbe werden zwischen die Stäbe mit Kernbrennstoff geschoben. Außerdem können die Steuerstäbe ein und ausgefahren werden. Diese Stäbe können freie Neutronen aufnehmen und dadurch lässt sich die Anzahl der spaltfähigen Neutronen und damit auch die Kettenreaktion im Reaktor steuern. Die Kontrolle der Kettenreaktion erfolgt also durch die Konzentrationsänderung der Borsäure und die eintauch tiefe der Steuerstäbe, weil die Absorbersubstanzen darin die überschüssigen Neutronen aufnehmen, bleibt die Neutronenzahl konstant. Das Ausbremsen hat aber noch einen weiteren Effekt, denn die bei den Zusammenstößen verlorene Energie wird in Wärme umgewandelt und dadurch heizt sich das umgebende Kühlwasser auf. Das umgebende Wasser ist mit neutronenabsorbierender Borsäure versetzt.
Reaktortypen
Die Kernkraftwerken in Deutschland sind Druckwasser- und Siedewasserreaktoren. In Siedewasserreaktoren befinden sich die Brennelemente in einem Druckbehälter, der zu zwei Dritteln mit Wasser gefüllt ist. Die Kettenreaktion erhitzt das Wasser auf mehr als 280 Grad Celsius, wobei ein Druck von rund siebzig Bar vorliegt. Aufgrund der hohen Temperatur verdampft ein Teil des Wassers im Reaktordruckbehälter, daher die Bezeichnung Siedewasserreaktor. Außerdem gibt es noch Siedewasser-Druckröhrenreaktore, Thorium-Hochtemperaturreaktore, Brutreaktore und Natururanreaktore.
Die Dampfturbinen
Über lange Rohrleitungen wird der heiße Wasserdampf des sekundär Kreislaufs zur Turbine geführt. In den Dampfturbinen wird die im Dampf enthaltene Energie in Rotationsenergie umgewandelt.
Der Generator
Sicherheitsmechanismen
Gefahren
Quellen
Bild 1: https://wechseljetzt.de/nachrichten/kernkraftwerk-tihange-super-gau-an-der-grenze-deutschlands/
Bild 3: https://oe1.orf.at/artikel/644826/Atominstitut-Prater-Wien
https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/atomkraftwerk/
