Wie
funktioniert ein Kernkraftwerk und warum ist es so sicher?
- Tschernobyl ist eben NICHT überall !
1 Reaktordruckbehälter
2 Umwälzpumpen
3 Dampferzeuger
4 Wasserabscheider
5 Turbine
6 Generator
7 Transformator
8 Kondensator
9 Vorwärmanlage
10 Speisewasserpumpe
11 Kühlwasserreinigung
12 Kühlwasserpumpe
13 Kraftschlußbecken
14 Kühlturm
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In
einem Kernkraftwerk entsteht Wärme durch die Kernspaltung
von Uran-235. Die dabei entstehenden Spaltprodukte müssen
sicher eingeschlossen und die starke Wärmeentwicklung muß
unter allen Umständen abgeführt werden. Die Spaltprodukte
und die damit verbundene hohe Radioaktivität ist in einem
Mehrbarrierenkonzept sicher eingeschlossen.
- Die
erste (bereits sehr effektive) Barriere, die einen Austritt
der Spaltprodukte verhindert, ist die Urandioxidmatrix -
also die Kristallstruktur des Brennstoff - selbst.
- Die
zweite Barriere ist das Brennstabhüllrohr, daß den Brennstoff
gasdicht umschließt.
- Die
dritte Barriere ist der Reaktordruckbehälter.
- Die
vierte Barriere ist der biologische Schild, das Betonfundament
in dem der Reaktordruckbehälter (RDB) sitzt.
- Die
fünfte Barriere ist ein Sicherheitsbehälter aus Stahl mit
Dichthaut. Das ist in den meisten Fällen eine Kugel mit
einem Innendurchmesser von 56 m (in einem modernen Druckwasserreaktor
mit 1300 MWel) und einer Wandstärke von bis zu 4 cm, die
das Reaktordruckgefäß und die unmittelbar daran anschließenden
Teile des Kühlkreislaufs umschließt und mit Schnellschlußventilen
ausgerüstet ist. Der Behälter ist ausgelegt für einen Druck
bis 6,3 bar und einer Temperatur bis 145 grad Celsius. Hier
könnte in einem theoretisch anzunehmenden Unfall alle Aktivität
eingeschlossen werden.
- Die
sechste Barriere schließlich ist noch das Reaktorgebäude,
dessen Wände 1,5 bis 2 m dick sind. Diese Barrieren sind
sogar gegen ein im Winkel von 90 grad auftreffende Militärflugzeug
beständig.
Das Bild
zeigt das Contaiment vom KKW Stade: Durchmesser 48m; Auslegungsdruck
3,85 bar; Auslegungstemperatur: 135 oC, Wanddicken
von 25-65 mm
Der
Reaktordruckbehälter - RDB
Der
Reaktorkern besteht aus zigtausend Brennstäben, die jeweils
über vier Meter lang und nur wenig dicker als Bleistifte sind.
Um die vielen Brennstäbe einfacher handhaben zu können, sind
immer 200 bis 300 zu einem Brennelement zusammen- gefasst.
In einem Teil der Brennelemente sind Führungsrohre vorgesehen,
in die die Regelstäbe von oben eingefahren werden können;
damit kann der Reaktor an- und abgefahren und im Betrieb geregelt
werden.
Im
Druckwasserreaktor strömt das Wasser an den sich durch die
Kernspaltung erhitzenden Brennstäben vorbei und nimmt die
Wärme auf. Es steht dabei unter hohem Druck, so dass es trotz
der Temperatur von über 300 grad Celsius nicht verdampft.
Über einen Wärmetauscher wird die Wärme vom Primärkreislauf
an einen zweiten, den Sekundärkreislauf, abgegeben. Dort wird
Dampf erzeugt, deshalb heisst der Wärmetauscher auch Dampferzeuger.
Dieser sekundäre Kreislauf stellt den bekannten Wasser-Dampf-Kreislauf
dar, mit dem ein Turbosatz (Turbine und Generator angetrieben
wird.
Der Reaktordruckbehälter eines modernen 1300 MWel Kernkraftwerks
hat einen Innen- durchmesser von 5 m, eine Wanddicke von 25
cm, eine Gesamthöhe (einschliesslich der Steuerantriebsstutzen
von 12,36 m und eine Nettomasse von über 500 Tonnen. Er ist
ausgelegt für einen Druck bis 176 bar und eine Temperatur
von 350 grad Celsius.
Das
Reaktorkühlsystem besteht aus 4 Hauptkühlkreisläufen mit einem
gesamten Kühlmittel- durchsatz von 18800 kg/Sekunde. Die Eintrittstemperatur
am RDB ist 291 grad C und die Austrittstemperatur 326 grad
Celsius. Betriebsdruck ist 158 bar. (Daten für ein modernen
1300 MWel-Druckwasserreaktor vom Typ Isar 2, Emsland, Neckar
2)
Reaktorabschaltung
jederzeit möglich
Die
Steuerstäbe, die die Neutronen für die Kernspaltung wegfangen
und damit den Reaktor ausschalten werden mit stromführenden
Magneten gehalten. Somit wird gewährleistet, dass im Notfall,
wenn bspw. der Strom wegfällt, diese ihrer eigenen Schwerkraft
folgend in den Reaktorkern einfahren und der Kernspaltungprozess
erlischt. Eines von vielen Beispielen, wie alle möglichen
Sicherheitsreserven in der Kerntechnik genutzt werden.
Leistungsexkursion
wie Tschernobyl beim Druckwasserreaktor aus physikalischen
Gründen gar nicht möglich
So
wie ein Apfel niemals wieder auf den Baum zurück springt,
so ist es auch ein gegebenes Naturgesetz, dass ein Druckwasserreaktor
niemals “explodieren”, d.h. eine derartige Leistungsexkursion
wie in Tschernobyl erfahren kann. Dagegen spricht, dass bei
einer unbeabsichtigten Leistungserhöhung die zusätzliche Wärme
das Wasser zum Sieden bringen würde. Dampfbläschen moderieren
(bremsen) aber die Neutronen nicht mehr auf thermische
Energie (ab). Aber nur thermische Neutronen sind in
der Lage eine Uran in größerem Umfang zu spalten, und damit
eine Kettenreaktion zu erhalten. Mit unmoderierten, schnellen
Neutronen erlischt die Kernspaltung von selbst.
Aufbau
eines Kernreaktors mit Druckwasserreaktor
Sicherheitstechnische
Auslegung
Strahlenschutz
Eine
Reaktorfahrt (geschrieben von
M. Remshardt)
Leistungsregelung
in einem DWR
(geschrieben
von M. Remshardt)
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