Schema Siedewasserreaktor

Aufbau eines Kernkraftwerks

Kernkraftwerke bestehen aus einem Kernreaktor, mit dem heißer Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 285 Grad Celsius erzeugt wird. Dieser treibt eine Dampfturbine an, die mit einem Generator gekoppelt ist und den Strom erzeugt. Der Dampf wird anschließend in einem Kondensator wieder zu Wasser abgekühlt und zur erneuten Erhitzung in einem geschlossenen Kreislauf in den Reaktor zurückgeführt.

Der Unterschied zu anderen dampfbetriebenen Kraftwerken besteht, vereinfacht ausgedrückt, vor allem darin, dass zur Dampferzeugung für den Antrieb der Stromturbine nicht die Verbrennung von Kohle, Öl oder Erdgas benutzt wird, sondern die Wärme, die im Kernreaktor bei der Spaltung von Uran-235 freigesetzt wird.

Nach Angaben des Deutschen Atomforums waren in Deutschland Ende 2016, fünf Jahre seit dem Inkrafttreten der Atomgesetznovelle vom 31. Juli 2011, noch acht Kernkraftwerke mit einer Bruttoleistung von 11 357 Megawatt elektrischer Leistung in Betrieb, neun Kraftwerke wurden in der Zeit vom Netz genommen. Bei den aktiven Kraftwerken handelte es sich um sechs Druckwasser- und zwei Siedewasserreaktoren. Sieben Kernkraftwerke mit einer brutto Nennleistung von 8414 Megawatt befanden sich im sogenannten dauerhaften Nichtleistungsbetrieb. Der Unterschied zwischen den beiden Reaktortypen liegt in ihrem inneren Aufbau.

Aufbau eines Druckwasserreaktors

Die Infografik zeigt links den Sicherheitsbehälter mit kuppelförmigem Dach. Darin ist der Primärkreislauf untergebracht: die Brennelemente erwärmen das Kühlwasser, dieses erhitzt im Dampferzeuger das Speisewasser. Über Röhren gelangt das Speisewasser ins Maschinenhaus, treibt dort Turbinen an und wird im Kondensator gekühlt (Sekundärkreislauf und Kühlkreislauf). Dann fließt es wieder ins Reaktorgebäude. Das Kühlwasser für den Kondensator wird entweder aus einem Fluss entnommen oder in einem Kühlturm gekühlt.
Druckwasserreaktor

Die Kernenergie wird innerhalb des Sicherheitsbehälters in einem Druckbehälter – in der Regel ein zylindrischer Behälter aus Spezialstahl, rund 25 Zentimeter dick – in Form von Wärme freigesetzt. Dies geschieht im Reaktorkern, der die Brennelemente und die Steuerstäbe enthält. Mit Letzteren wird der Fluss der Spaltneutronen derart geregelt, dass eine kontrollierte Kettenreaktion zur Spaltung der Uran-235-Kerne stattfindet.

Als Moderator zum Abbremsen der Spaltneutronen auf thermische Geschwindigkeiten wirkt normales, unter einem Hochdruck von etwa 160 Bar stehendes Wasser. Es dient auch als Kühlmittel zum Abtransport der Wärme bei etwa 320 Grad Celsius an einen Wärmetauscher. In diesem wird der Dampf mit einer Temperatur von etwa 285 Grad Celsius erzeugt und auf die Turbine eines Generators zur Stromerzeugung geleitet.

Aufbau eines Siedewasserreaktors

Bei Siedewasserreaktoren dient das Wasser ebenfalls sowohl als Kühlmittel als auch als Moderator. Im Gegensatz zu den Druckwasserreaktoren, bei denen das Wasser unter konstant hohem Druck gehalten werden muss, wird der Betriebsdruck jedoch mit etwa 70 Bar – das entspricht 7 Megapascal – deutlich niedriger gehalten, sodass das Wasser schon im Druckbehälter teilweise verdampfen kann.

Schematischer Aufbau des Reaktors mit Sicherheitsbehälter und Brennelementen, dem Druckbehälter mit Turbine sowie dem Kühlturm.
Siedewasserreaktor

Um diesen Betriebszustand zu erreichen, wird der Druckbehälter nur zu etwa zwei Drittel mit Wasser befüllt. Das Wasser strömt von unten nach oben durch den Reaktorkern und nimmt dabei die in den Brennstäben entwickelte Wärme auf, wobei ein Teil des Wassers verdampft. Wasser und Dampf werden im oberen Teil des Druckbehälters getrennt, bevor der Sattdampf mit einer Temperatur von etwa 280 Grad Celsius direkt auf die Turbinen geleitet wird. Bei der Trennung werden auch radioaktive Partikel aus Korrosionsvorgängen oder Leckagen bei den Brennelementen weitgehend im Druckbehälter zurückgehalten. Restliche, gasförmige radioaktive Partikel im Wasserdampf werden im Kondensator abgesaugt und damit dem Kühlmittelkreislauf entzogen.

Siedewasserreaktoren weisen durch Selbstregulierung eine besondere Sicherheitseigenschaft auf, denn bei Erhöhung der normalen Betriebstemperatur im Reaktor steigt der Dampfgehalt des Kühlwassers, wodurch sich dessen Moderatorwirkung verringert, was wiederum zu einer Verringerung der Wärmeproduktion und damit zur Senkung der Temperatur des Kühlmittelwassers führt.