Kernenergie

Video: Funktionsprinzip eines Atomkraftwerks
Erfahren Sie in unserem Videobeitrag, wie ein Kernkraftwerk funktioniert.

Energie durch Wärme

Stark vereinfacht könnte man sich den Reaktor eines Kernkraftwerks wie einen riesigen Tauchsieder vorstellen: Brennstäbe erhitzen Wasser im so genannten Druckbehälter, bis es zu sieden beginnt.

Kernspaltung im Detail

In den Brennstäben befindet sich radioaktives Material, meist Uran-235. Um die Atomkerne zu spalten, werden sie mit langsamen Neutronen beschossen. Neutronen sind noch kleinere Teilchen, die weder negativ noch positiv geladen sind. Trifft ein Neutronenteilchen auf ein Uran-Atom, zerfällt dieses in Sekundenbruchteilen in seine Bestandteile. Dabei wird Energie - die so genannte "Kernenergie" - frei.

U-235 zerfällt zu Barium 144 und Krypton 90, dabei werden i.d.R. zwei neue Neutronen frei.

Kontrollierte Kettenreaktion

Unkontrolliert würde sich die Anzahl der Kernspaltungen in kürzester Zeit vervielfachen und Energiemengen freisetzen, die nicht mehr zu beherrschen wären. Deshalb regulieren Steuerstäbe diesen Prozess. Ohne sie könnte man kein Kernkraftwerk betreiben.

Im Mittel spaltet nur eines der freiwerdenden Neutronen ein weiteres Atom. Das zweite wird durch die Steuerstäbe aufgefangen.

Die Steuerstäbe

Die Steuerstäbe bestehen aus Stoffen wie Bor oder Cadmium. Sie absorbieren Neutronen wie ein Magnet. Wenn man sie weit in den Reaktor hineinfährt, können sie die Uranatome so vor weiterer Kernspaltung schützen. Je weiter man sie herauszieht, desto mehr Neutronen treffen ihr Ziel.

Die Stromerzeugung

Von der Wärme zum Strom: Im Siedewasserreaktor lässt die Hitze der Kernspaltung Wasser verdampfen. Der heiße Wasserdampf versetzt eine Turbine in Bewegung. Sie erzeugt über einen gekoppelten Generator den Strom.

Unterschied Druckwasserreaktor

Meist haben Reaktoren zwei getrennte Wasserkreisläufe. So wird verhindert, dass radioaktive Stoffe durch den Dampfkreislauf ins Maschinenhaus gelangen. Beim Druckwasserreaktor bleibt das erhitzte Primärwasser stets flüssig. Es gibt seine Wärme an einen zweiten Kreislauf ab. Erst hier entsteht Wasserdampf, der zur Turbine strömt.

Kühlung und Kühlturm

Kernkraftwerke werden mit frischem Wasser gekühlt. Weil das Kühlwasser sich dabei selbst erwärmt, wird der Rücklauf im Kühlturm fein versprüht. Die herabfallenden Wassertropfen kühlen so am aufsteigenden Luftstrom ab. Teilweise verdunsten sie dabei.

Stromausfall und Störfälle

Eine ausreichende Kühlung ist wichtig, denn bei zu hoher Temperatur besteht die Gefahr einer Kernschmelze. Bei Stromausfall sorgen Notstromaggregate für die Funktion der Kühlpumpen. Im Störfall läuft eine Reihe von automatisierten Sicherheitsmaßnahmen ab.

Beim Bruch einer Kühlleitung springt ein Notkühlsystem ein. Das automatisierte Schutzsystem stoppt durch Schnellabschaltung die Kernspaltung. Dazu unterbricht es die Stromzufuhr der Steuerstäbe. Diese fallen durch ihr Eigengewicht zwischen die Brennelemente und beenden innerhalb weniger Sekunden die Kettenreaktion.

Sicherheitsbarrieren

Jedes Kernkraftwerk verfügt über mehrere Schutzhüllen, ähnlich wie bei einer Zwiebel. Sie sollen verhindern, dass radioaktive Strahlung nach außen dringt. Meist sind das dicke Wände aus Stahl oder Beton.

 

Sicherheitsbarrieren:

  • Brennstabhülle (Metall, gasdicht verschweißt)
  • Reaktordruckgefäß (aus Stahl, umschließt Reaktorkern)
  • "Biologisches Schild" (Hülle aus Stahlbeton)
  • Sicherheitsbehälter (Kugelförmig, mit Dichthaut aus Stahl, über Schleusen zu betreten)
  • Reaktorgebäude (Stahlbeton)
Lange Zeit galt es als unmöglich Atome zu teilen. Zu stark schien die Kraft, die diese Kerne zusammenhält. Doch genau diese Kraft ist es, die die Menschheit seit Mitte des 20. Jahrhunderts bewegt.