Ein Kernkraftwerk (KKW), auch Atomkraftwerk (AKW) oder Nuklearkraftwerk, ist ein Wärmekraftwerk bei dem durch kontrollierte Kernspaltung (Fission) elektrische Energie gewonnen wird.

Das Kernkraftwerk Tihange, dass sich im belgischen Huy befindet

Inhaltsverzeichnis

1 Aufbau
2 Funktionsweise
3 Sicherheitsmechanismen
4 Gefahren
5 Quellen

Aufbau

Ein Atomkraftwerk besteht aus 3 verschiedenen Bereichen: dem Reaktor (links), dem Maschinenraum (mitte) und dem Kühlturm (rechts).

Aufbau eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor

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.

Kernreaktor im Atominstitut Prater, Wien

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. Wenn man mit dem Kernkraftwerk aber Strom produzieren möchte, entfernt man diese Steuerstäbe. 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.

Der Primärkreislauf

Das gesamte System steht unter hohem Druck, damit das Wasser flüssig bleibt, deshalb kann es viel wärme der Brennelemente durch Heizrohre an den Dampferzeuger leitetn Die Wärme wird so an das Wasser im Sekundärkreislauf abgegeben, das die Heizrohre umgibt.

Der zweite Kreislauf

Das erhitzte Wasser wird zu Dampferzeugern außerhalb des Reaktors geleitet und gibt dort seine Wärme an einen weiteren Wasserkreislauf ab. Das Wasser im zweiten Kreislauf erhitzt sich und verdampft. Dieser Dampf treibt die Turbinen im konventionellen Teil des Kernkraftwerks an.

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, denn der heiße Dampf aus dem Reaktor treibt die Turbinen an und sie treibt den Generator, der die Bewegungsenergie in Strom umwandelt.