Techniklexikon

Atomkraftwerk

Wärmekraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie. Wie bei anderen Wärmekraftwerken wird Dampf erzeugt, der durch eine Turbine strömt, die einen Generator antreibt. Im A. wird die zur Dampfgewinnung benötigte Wärme nicht durch Verbrennen fossiler Energieträger (Kohle, Erdgas, Erdöl) erzeugt, sondern durch Kernspaltung (daher auch »Kernkraftwerk«). Im Einzelfall spaltet ein aus einem Atomkern (Atom) freigesetztes Neutron einen Atomkern, der von ihm getroffen wird, in annähernd zwei gleich große Teile. Dabei werden weitere Neutronen frei, die wiederum Kerne spalten, so daß eine »Kettenreaktion« entsteht. Als »Brennstoff« wird das in der Natur im Verhältnis 99, 3 : 0, 7 Prozent vorkommende Gemisch der Uran-Isotope (Isotope) U 238 und U 235 eingesetzt. Spaltbar ist nur U 235, dessen Anteil zur Verwendung in A. auf etwa 3 % erhöht (angereichert) wird. Die Kettenreaktion läuft im »Reaktorkern« ab, der sich im Reaktordruckbehälter befindet. Der Reaktorkern besteht aus mehreren zehntausend »Brennstäben«, etwa bleistiftdicke Metallrohre von über 4 m Länge, die den Brennstoff Urandioxid in Tablettenform gestapelt enthalten. Jeweils 200 bis 250 von ihnen werden zu »Brennelementen« gebündelt, die der Reaktordruckbehälter aufnimmt. In den Brennelementen werden nach einem bestimmten Raster Positionen für die sog. Regel- und Steuerstäbe freigehalten. Diese werden von oben eingeschoben und sind mit einem Absorbermaterial (z. B. Cadmium) gefüllt, das vom Brennstoff freigesetzte Neutronen »schluckt«. Zum Anfahren des A. werden sie langsam nach oben aus den Brennelementen herausgezogen; die Kettenreaktion kommt dadurch in Gang. Auf umgekehrte Weise wird der Reaktor abgeschaltet. Damit die Kettenreaktion kontrolliert abläuft, müssen die Neutronen abgebremst und jeweils zwei bis drei der bei einem Spaltprozeß freigesetzten absorbiert (Absorption) werden; nur jeweils ein übrigbleibendes Neutron nimmt an der Kettenreaktion teil. Entsprechend wird der Neutronenfluß mit Hilfe der Steuerstäbe geregelt. Das Bremsmaterial nennt man »Moderator«. Dafür eignet sich z. B. Graphit (Kohlenstoff), bei den üblichen »Leichtwasserreaktoren« dient das Kühlwasser als Moderator, das gleichzeitig die Hitze, die bei den Kernreaktionen in den Brennstäben entsteht, aus dem Reaktordruckbehälter heraustransportiert. »Leichtwasser« ist normales Wasser, das im sog. Siedewasserreaktor in Dampf verwandelt wird, der durch die Turbine strömt. Im Gegensatz dazu gibt es im »Druckwasserreaktor« zwei Wasserkreisläufe. Über den Primärkreislauf, in dem das Wasser unter hohem Druck steht und selbst beüber 300 °C nicht verdampft, wird die Reaktorwärme zunächst in einen Wärmetauscher geleitet. Dort verdampft sie das Wasser im Sekundärkreislauf, in den die Turbine einbezogen ist. In beiden Fällen wird der die Turbine verlassende Dampf kondensiert, um das Wasser entweder in den Reaktor oder (beim Druckwasserr. ) in den Wärmetauscher zurückzuführen. Die dazu erforderliche Kühlenergie wird entweder einem Fluß oder in einem Kühlturm der Luft entzogen. Der als kuppelförmiges Betonbauwerk weithin sichtbare Sicherheitsbehälter eines A. ist die äußere Barriere, die den Reaktor bei Gewalteinwirkung von außen schützen und die Umwelt bei einem Unfall vor dem Austritt radioaktiver Strahlung (Radioaktivität) bewahren soll. Die Spaltprodukte bleiben im Normalfall in Brennelementen und Reaktordruckbehälter eingeschlossen. Undichtigkeiten in Rohrleitungen etwa, Defekte aller Art und Bedienungsfehler sowie atomare Sekundärreaktionen können zur Freisetzung radioaktiver Stoffe führen. Die Öffnungen des Nuklearteils eines A. , durch die regelmäßig Gase und Flüssigkeiten in die Umgebung des A. abgegeben werden oder in gewissen Situationen ins Freie gelangen können, werden deshalb ständig auf radioaktive Emissionen hin kontrolliert. umgangssprachlicher, physikalisch allerdings unpräziser Begriff für Kernkraftwerk.