Reaktortypen und ihre Funktionsweise

Der Kernreaktor ist das Herzstück eines Kernkraftwerkes. Der Reaktorturm, in dem durch kontrollierte Kernspaltung Energie erzeugt wird, ist von einem "Schutzschild" dem sogenannten Containment umgeben, welches wiederum von einer Kuppe aus Beton geschützt wird. Es gibt mehrere verschiedene Reaktortypen, die sich hauptsächlich in ihrer Anzahl an Kühlkreisläufen, den Moderatoren oder Kernbrennstoff unterscheiden: z.B. der Druckwasserreaktor, Siedewasserreaktor (beide als Leicht- und Schwerwasserreaktor vorhanden) und den EPR (European Pressurized Water Reactor)

Reaktortypen

Wie Kohle- und Gaskrauftwerke sind Atomkraftwerke Wärmekraftwerke. Sie produzieren Strom aus Wärme. Durch die Spaltung von Atomkernen wird Energie frei, aus der man im Atomkraftwerk Strom produziert. Im Atomkraftwerk wird Wasser aufgeheizt und der dadurch enstandene Dampf, der unter hohem Druck steht wird auf eine Turbine geleitet. Diese beginnt sich zu drehen und dreht gleichzeitig den mit ihr verbundenen Generator mit. Im Generator beginnt schließlich Strom zu fließen. Dieser gelangt dann über das Stromnetz zu den Konsumenten.

Druckwasserreaktor

Die meisten deutschen Atomkraftwerke werden mit einem Druckwasserreaktor betrieben. Beim Druckwasserreaktor gibt es im Gegensatz zum Siedewasserreaktor, der nur zwei besitzt, drei Wasserkreisläufe: den Primärkreislauf, den Sekundärkreislauf und den Kühlwasserkreislauf. Ein weiterer Unterschied zum Siedewasserreaktor ist, dass das Wasser welches mit dem Reaktorkern in Berührung kommt nicht siedet.

Funktion

Durch Kernspaltung wird das Wasser im Primärkreislauf auf eine Temperatur von 320° C erhitzt. Aufgrund des hohen Drucks (150 bar) bleibt das Wasser jedoch flüssig. Über eine Rohrleitung in einem Dampferzeuger erhitzt dieses Primärwasser dann das Sekundärwasser, kommt jedoch nicht mit ihm in Berührung. Dabei kühlt es auf 290°C ab. Anschließend wird das Primärwasser wieder zurückgepumpt und wird durch die Kernspaltung wieder auf 320°C erhitzt. Das Wasser im Sekundärkreislauf verdampft durch die Hitze im Dampferzeuger und wird über eine Rohrleitung einer Turbine zugeleitet, die an einen Generator gekoppelt ist, in welchem dann Strom erzeugt wird. In einem Kondensator wird das Wasser durch den Kühlwasserkreislauf abgekühlt und wieder dem Dampferzeuger zugeführt.

Vorteile

• Durch zwei unabhängige Kreisläufe wird nur das Wasser des Primärkreislaufes radioaktiv verseucht. Turbine und Maschinenhaus müssen nicht in besondere Strahlenschutzmaßnahmen einbezogen werden.

• Wasser dient als neutronenbremsender Moderator und hat eine regulierende Funktion. Sobald sich der Reaktor zu stark erhitzt nimmt die Dichte des Primärwassers ab und die schnellen Neutronen werden weniger gut abgebremst wodurch die Zahl der Kernspaltungen sinkt und das System sich abkühlt.

Nachteile

• Kein Selbstregelungseffekt über die Dampfentwicklung. Um den Druckwasserreaktor zu steuern wird dem Reaktorkühlwasser Borsäure zugesetzt. Durch Veränderung der Borsäurekonzentration lässt sich der Reaktor regeln, da Bor Neutronen absorbiert. Außerdem werden Regelstäbe zur Steuerung genutzt.
• Bei Leck im Primärkreislauf besteht die Gefahr, dass es zu einer Überhitzung der Brennelemente und so zu einer Kernschmelze kommen kann. Hinzu kommt, dass ein Leck den Innenraum des Reaktorgebäudes mit radioaktivem Dampf verseucht und dieser über Überdruckklappen in die Umwelt gelangen kann

Schwerwasserreaktor

Den Schwerwasserreakror gibt es als Druckwasser- und Siedewasserreaktor. In Schwerwasserreaktoren wird schweres Wasser [1] zur Kühlung in den Wasserkreisläufen und als Moderator [2] benutzt. Um schweres Wasser herzustellen müssen die normalen Wasserstoffatome (H) durch das Wasserstoffisotop Deuterium (D) ersetzt werden. Das Kühlwasser heißt demnach nicht mehr H2O , sondern D2O. Da die Schwerwasserreaktoren immer größer sind als Leitwasserreaktoren, wird auch eine größere Menge an D2O-Kühlwasser benötigt.