1 Kernkraftwerke Es werden zur Zeit vier Reaktortypen zur

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Kernkraftwerke
Es werden zur Zeit vier Reaktortypen zur Energiegewinnung verwendet.
54. Siedewasserreaktor
55. Druckwasserreaktor
56. Schneller Brutreaktor
57. Thorium – Hochtemperaturreaktor
Im Folgenden soll der prinzipielle Aufbau dieser vier Reaktortypen dargestellt werden. Alle Reaktortypen
verwenden spaltbares Ausgangsmaterial.
Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor
Die Brennelemente, die das Uranoxid enthalten, befinden sich in dem zu etwa zwei drittel mit wasser gefüllten
Druckbehälter. Das wasser strömt von unten nach oben durch den Reaktor-kern und führt dabei die in den
Brennstäben entwickelte Wärme ab. Ein Teil des Wassers verdampft.
Nach einer Dampf – Wasser – Trennung im oberen Teil des Druckbehälters wird der Sattdampf mit einer
Temperatur von 2830 C und einem Druck von ca. 67 bar direkt der Turbine zugeführt.
Die Turbine ist mit einem Drehstrommotor gekoppelt, der an den Klemmen eine Leistung von 1316MW bei
einer Spannung von 27 kV liefert.
Das im Druckbehälter nicht verdampfte Wasser fließt in dem Ringraum zwischen Druckbehälter und
Reaktorkern wieder nach unten, wobei es sich mit dem aus dem Kondensator zurückgepumpten Speisewasser
vermischt.
Bei einer Nennleistung des Reaktors strömen pro stunde 55598t Kühlmittel durch seinen Kern.
Prinzipieller Aufbau:
Technische Angaben:
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Räumliche Anordnung wichtiger Komponenten im Kraftwerk Krümmel
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Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor
Durch das Wasser wird die in den Brennelementen erzeugte Wärme abgeführt. Um ein sieden zu verhindern,
wird der Betriebsdruck im Hauptkühlkreis auf ca. 157 bar heraufgesetzt und durch einen Druckhalter geregelt.
Das Kühlmittel tritt mit einer Temperatur von 291,30 C in den Reaktor ein und verlässt ihn wieder mit einer
Temperatur von 326,10 C . Etwa 67680t Kühlmittel werden je Stunde durch den Reaktor bewegt.
Das erhitzte Wasser gibt seine Wärme in 4 Dampferzeugern an das Wasser eines Sekundärkreises ab. Auf
Grund der hohen Temperatur und des niedrigen Druckes verdampft es im Sekundärkreis und liefert pro
Sekunde 2,061t Sattdampf von 2850 C und einem Druck von ca. 66 bar.
Durch ein solches Zweikreissystem wird erreicht, dass die im Reaktorkühlmittel auftretenden radioaktiven
Stoffe auf den ersten Kühlkreislauf beschränkt bleiben und nicht in die Turbine und den Kondensator gelangen.
Mit Hilfe des erzeugten Dampfes wird eine Turbine betrieben, die direkt mit einem Drehstrom –
Synchrongenerator gekoppelt ist. Der Generator liefert an den Klemmen eine Leistung von 1395 MW bei einer
Spannung von 27 kV.
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Technische Angaben:
Räumliche Anordnung wichtiger Komponenten im Kraftwerk Brokdorf
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Kernkraftwerk mit Schnellen Brutreaktor (Beispiel: Superphönix I)
In Siede- und Druckwasserreaktoren kann von den in der Natur vorhandenen Uranisotopen nur das Uran – 235
gespalten werden. Es ist im natürlichen Uran mit 0,7% enthalten und in den Brennelementen auf bis zu 3,5%
angereichert. Das Uran – 238 ist in diesen Reaktortypen als Spaltstoff nicht zu verwenden.
Der Kern eines Atoms Uran – 238 kann aber ein Neutron aufnehmen und sich anschließend in mehreren Stufen
zu Plutonium – 239 umwandeln. Dies wird am effektivsten durch schnelle Neutronen gespalten und ist deshalb
als Spaltstoff geeignet.
In Schnellen Brutreaktoren werden beide Vorgänge gezielt herbeigeführt.
1. Es finden Kernspaltungen statt, wodurch Energie freigesetzt wird.
2. Ein Teil des Urans – 238 wird in spaltbares Plutonium – 239 umgewandelt
(Brutvorgang)
Das größte Kernkraftwerk mit Schnellem Brutreaktor ist seit 1986 in Betrieb.
Sein Reaktorkern besteht aus zwei Zonen. Im Innern befinden sich Brennstäbe mit einer Mischung von UO2
und PuO2 . In dieser Zone kommt es vorwiegend zu Kernspaltungen. In einem Mantel aus UO2 (abgereichertes
Uran), der den inneren Bereich umgibt, wird
Uran – 238 in Plutonium umgewandelt.
Da Brutreaktoren nur mit schnellen Neutronen betrieben werden, darf kein Moderator vorhanden sein. Als
Kühlmittel kommt deshalb auch kein wasser in frage. Es würde die Neutronen zu schnell auf geringe
Geschwindigkeiten abbremsen. Außerdem könnte Wasser die große Menge an Wärmeenergie, die aufgrund der
hohen Spaltkonzentration erzeugt wird, nicht schnell genug abführen.
Als Kühlmittel wird deshalb flüssiges Natrium verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt bei 98 0 C , sein Siedepunkt
bei 8830 C . Mit einer Temperatur von 3950 C tritt es von unten in den Reaktorkern ein und verlässt ihn wieder
mit 5450 C . Da das Natrium dabei nicht siedet, ist auch der entstehende Druck relativ niedrig.
Die Verwendung von drei Kreisläufen ist aus sicherheitstechnischen Gründen notwendig.
Das Natrium, das im Reaktor strömt, wird durch die freien Neutronen radioaktiv.
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11
24
Na 01n11
Na ( Aktivierung )
24
11
24
Na12
Mg  10 e
Es entsteht radioaktives Natrium – 24, das unter Aussendung eines Betateilchens zu Magnesium zerfällt.
Ein zweiter Natrium – Kühlkreislauf soll verhindern, das bei Störfällen das radioaktive Natrium des
Primärkreislaufes mit dem Wasser – Dampf – Kreislauf in Berührung kommt, da Natrium mit Wasser chemisch
reagiert.
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Technische Angaben:
Schematische Darstellung eines Kernkraftwerks mit Schnellem Brutreaktor:
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Kernkraftwerk mit Thorium - Hochtemperaturreaktor
Eine weitere Möglichkeit, Kernenergie zur Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen, bietet der
Hochtemperaturreaktor.
Wie im Namen ausgedrückt wird, können mit diesem Reaktortyp relativ hohe Temperaturen erzeugt werden.
Während Leichtwasserreaktoren Kühlmitteltemperaturen bis etwa 330 0 C und Schnelle Brüter bis 550 0 C
erreichen, liegt bei Hochtemperaturreaktoren die Kühlmitteltemperatur bei 750 0 C und darüber. Es kann dann
nicht nur Dampf zum Antrieb der Turbinen, sondern auch Prozesswärme (Kohlevergasung) erzeugt werden.
Bei diesem Reaktortyp wird Graphit als Moderator verwendet. Rund 675000 kugelförmige Betriebselemente
sind in dem Reaktor untergebracht.
Die Brennelementekugeln befinden sich in einem Behälter aus Graphitblöcken mit einem Durchmesser von 5,6
m und einer Höhe von 6 m.
Die im Reaktor erzeugte Wärme wird durch das Edelgas Helium nach außen geführt.
Der Thorium – Hochtemperaturreaktor zeichnet sich durch besondere Sicherheit aus. Das als Kühlmittel
verwendete Helium wurde durch Neutronenbestrahlung praktisch nicht radioaktiv.
Schematische Darstellung des verwendeten Reaktormaterials
Technische Angaben:
Schematische Darstellung eines Kernkraftwerks mit HTR