Ein Kernkraftwerk ist ein Wärmekraftwerk, dessen Energiequelle Kernenergie ist.
Sein Betrieb ähnelt dem jedes anderen Wärmekraftwerks: Wärmeenergie wird aus einer Energiequelle erzeugt, um eine Dampfturbine anzutreiben, die an einen elektrischen Generator angeschlossen ist.
Kernkraftwerke sind Schlüsselanlagen in der Energiewelt und spielen eine wesentliche Rolle bei der Stromerzeugung. In diesem Artikel erklären wir, was Kernkraftwerke sind, welchen Zweck sie haben, wie sie funktionieren und welche Arten von Kernkraftwerken am häufigsten vorkommen.
Was ist ein Nuklearzentrum?
Ein Kernkraftwerk, auch Kernkraftwerk genannt, ist eine Anlage zur Stromerzeugung aus der bei der Kernspaltung freigesetzten Energie.
Bei der Kernspaltung werden schwere Atomkerne wie Uran-235 durch Kollision mit Neutronen in kleinere Bruchstücke gespalten. Bei diesem Prozess wird eine große Menge Energie in Form von Wärme freigesetzt, die dann in Strom umgewandelt wird.
Wofür wird ein Kernkraftwerk genutzt?
Ein weiterer Zweck von Kernkraftwerken ist die Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Im Vergleich zu Kraftwerken, die fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdgas verbrennen, stoßen Kernkraftwerke bei der Stromerzeugung nur sehr geringe Mengen Kohlendioxid (CO 2 ) aus.
Neben der Stromerzeugung werden einige Kernkraftwerke auch für wissenschaftliche und medizinische Forschung genutzt. Sie produzieren beispielsweise radioaktive Isotope, die in der Medizin zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten sowie für die Forschung in der Kernphysik eingesetzt werden.
Teile eines Kernkraftwerks
Kernkraftwerke bestehen aus mehreren wesentlichen Komponenten, darunter:
Kernreaktor: Hier findet die Kernspaltung statt, einschließlich Brennstäben, Moderator und Kühlmittel.
Dampferzeuger: Mit Rohren, Ventilen und einer Turbine zur Umwandlung von Wärme in Dampf und Strom.
Elektrischer Generator: Mit einem Generator und oft einem Transformator zur Umwandlung mechanischer Energie in Elektrizität.
Kontroll- und Sicherheitssystem: Überwacht und regelt die Kernreaktion und gewährleistet die Sicherheit der Anlage.
Lagerung radioaktiver Abfälle: Einschließlich temporärer Lagerbecken und Pläne für die langfristige Entsorgung radioaktiver Abfälle.
Sicherheitseinrichtungen: Zur Gewährleistung der Sicherheit und zur Verhinderung der Freisetzung radioaktiver Stoffe im Falle eines Unfalls.
Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?
Der Betrieb eines Kernkraftwerks ist ein hochspezialisierter Prozess, bei dem Kernenergie auf effiziente und kontrollierte Weise in Strom umgewandelt wird. Dies wird durch eine Reihe miteinander verbundener Schritte erreicht, die wir im Folgenden erläutern:
Spaltung des Uranatoms
Der Prozess beginnt im Kern des Kernreaktors, wo sich das Herzstück der Anlage befindet. In diesem Kern befinden sich Brennstäbe, meist aus angereichertem Uran oder Plutonium.
Hier findet die Kernspaltung statt, ein Prozess, bei dem die Kerne schwerer Atome durch den Beschuss mit Neutronen in kleinere Fragmente zerfallen. Bei dieser Spaltung werden enorme Mengen an Wärme und mehr Neutronen freigesetzt.
Dampferzeugung
Die bei der Kernspaltung entstehende Wärme ist die Schlüsselkomponente für die Stromerzeugung. Diese Wärme wird an ein Kühlsystem übertragen, in der Regel mit Wasser, um eine Überhitzung des Reaktors zu verhindern. Durch die starke Hitze verwandelt sich das Wasser in Dampf und dieser Hochdruckdampf wird zu einem Dampferzeuger geleitet.
Der Dampferzeuger ist dabei eine entscheidende Komponente. Im Inneren strömt der heiße Wasserdampf durch Rohre und Ventile zu einer Turbine.
Turbinen und elektrischer Generator
Die an einen elektrischen Generator angeschlossene Turbine nutzt die kinetische Energie des bewegten Dampfes und wandelt sie in mechanische Energie um. Die Turbine dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, wodurch der elektrische Generator Strom erzeugt.
Dampfkondensation
Der Zyklus endet hier nicht. Der austretende Dampf wird nach dem Durchgang durch die Turbine abgekühlt und wieder zu Wasser kondensiert.
Dieser Kondensationsprozess wird in einem Kühlsystem abgeschlossen und das entstehende Wasser wird zum Reaktorkern zurückgeführt, um den Kreislauf von vorne zu beginnen.
Zyklus wiederholen
Dieser Zyklus aus Heizung, Dampferzeugung, Turbinenantrieb und Stromerzeugung wird ständig wiederholt, um eine konstante Versorgung mit elektrischer Energie aufrechtzuerhalten.
Darüber hinaus werden Kontroll- und Sicherheitssysteme zur Überwachung und Regelung der Kernreaktion implementiert, um den sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten.
Arten von Kernreaktoren
Es gibt verschiedene Arten von Kernreaktoren, die alle Kernspaltung betreiben. Die UN klassifiziert sie wie folgt:
Der Druckwasserreaktor (PWR und WWER). Sie nutzen Hochdruckwasser, um Dampf für Dampferzeuger zu erzeugen. Sie haben drei Schaltkreise.
Der Siedewasserreaktor (BWR): Der zweithäufigste auf der Welt. Das Wasser kocht und erzeugt Dampf direkt im Reaktorkern. Sie haben nur zwei Schaltkreise.
Druckwasserreaktor (PHWR): Verwendet schweres Hochdruckwasser als Neutronenmoderator und Kühlmittel.
Der gasgekühlte Reaktor (GCR: AGR und Magnox): Sie verwenden Graphit als Neutronenmoderator und gasförmiges Kohlendioxid als Kühlmittel.
Der leicht wassergekühlte, graphitmoderierte Reaktor (LGR und RBMK): Modelle russischer Herkunft. „Leichtes Wasser“ ist normales Wasser.
Der schnelle Reaktor (LBR oder LMFBR): Er bremst die Neutronen der Kettenreaktion nicht ab und kühlt mit flüssigem Natrium. Sie befinden sich in der Prototypen- und Forschungsphase.
Schmelzsalzreaktoren: Dabei handelt es sich um eine sich entwickelnde Technologie, die eine Mischung aus geschmolzenem Salz als Kühlmittel und Brennstoff verwendet.
