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)