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Ein Kernkraftwerk funktioniert fast genau so wie ein Kohlekraftwerk, mit dem unterschied, dass der Wasserdampf nicht durch das verbrennen der Kohle sondern durch einen Reaktor erzeugt wird. Die im Kernreaktor erzeugte thermische Energie wird zur Gewinnung elektrischer Energie eingesetzt.
In Deutschland gibt es Kernkraftwerke mit Siedewasser-, Druckwasser- und Hochtemperaturreaktoren.
Im Druckwasserreaktor (zum Beispiel Brockdorf, Biblis, Stade) steht das Kühlwasser unter einem Druck von rund 150 Atmosphären. Nachdem das Kühlwasser durch den Reaktorkern gepumpt wurde, wird es dort auf 325°C erhitzt. Wegen des Überdruckes kann das überhitzte Wasser nicht sieden. Anschließend wird es durch einen Dampfgenerator gepumpt, wo mit Hilfe von Wärmetauschern in einem Sekundärkreis das Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt wird. Durch den Dampf werden über Turbinen Generatoren angetrieben und Strom erzeugt. Dann kondensiert der Dampf zu Wasser, der später wieder zum Dampfgenerator gepumpt wird. Der Sekundärkreis ist nicht radioaktiv, weil er vom Kühlwasser des Reaktors getrennt ist. Es gibt auch noch einen dritten Wasserstrom, der von einem Kühlturm oder Fluss gespeist wird.
Der Reaktor
Normalerweise ist ein Reaktordruckbehälter 15 Meter hoch, hat einen Durchmesser von fünf Metern und eine Wandstärke von 25 Zentimetern. Der Reaktorkern enthält etwa 82 Tonnen Uranoxid, das sich in dünnen, korrosionsbeständigen Röhren befindet, die zu Bündeln zusammengefasst sind.
Die gesteuerte Kettenreaktion findet im Kernspaltungsreaktor statt. Als Brennstoff dient das Spaltmaterial, meistens angereichertes Uran. Der Brennstoff wird in Form von Stäben, die in gasdichten Metallmänteln stecken, verwendet. Oft sind die Stäbe in Gruppen zusammengefasst, die dann Brennelemente heißen.
Die Brennelemente können im Reaktorgefäß leicht ausgetauscht werden. Sie hängen im Moderator Wasser.
Das Wasser hat die Aufgabe, die bei der Kernspaltung entstandenen schnellen Neutronen abzubremsen. Es dient also zur Umwandlung von schnellen zu langsamen Neutronen.
Dann gibt es im Reaktor auch noch eine Regelvorrichtung. Sie dient zur Steuerung der Kettenreaktion. Die Regelvorrichtung besteht aus Cadmium- bzw. Borstäben, die in das Reaktorgefäß eintauchen und Neutronen absorbieren, das heißt, sie fangen alle in sie hineingelangenden Neutronen ein. Ihre Eintauchtiefe ist regulierbar. Je weiter die Steuerstäbe eintauchen, desto mehr verringert sich der Neutronenstrom bzw. kommt zum erliegen. (Schnellabschaltstäbe sorgen im Notfall für das Abbrechen der Kettenreaktion binnen einiger Sekunden.)
Die Kühleinrichtung transportiert die bei der Spaltung freiwerdende Energie ab. Als Kühlmittel dient Wasser. Damit das heiße Wasser nicht verdampft, wird es unter hohen Druck gehalten.
Das Reaktorgefäß ist normalerweise ein druckfestes Stahlgefäß, in dem alle Funktionselemente untergebracht sind.
Zum Schutz des Menschen vor der im Reaktor entstehenden Strahlung (Neutronen- und Gammastrahlung) gibt es noch eine Abschirmung im Reaktor. Sie besteht aus Schwerbeton.
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