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Turbine eines Kernkraftwerks

Kernkraftwerk Cattenon,
Frankreich

Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

Der Betrieb eines Kernkraftwerks ähnelt dem eines anderen Wärmekraftwerks. Ein Kernkraftwerk ist eine Art Wärmekraftwerk. Seine Funktion ist die Erzeugung elektrischer Energie.

Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

Es gibt verschiedene Arten von Börsen, aber an der Basis funktionieren sie gleich:

  1. Kernreaktionen erzeugen. Es wird Wärmeenergie erhalten.
  2. Mit Wärmeenergie Wasserdampf erzeugen.
  3. Aktivieren Sie eine Dampfturbine. Man erhält mechanische Energie (kinetische Energie).
  4. Einen elektrischen Generator betätigen. Strom wird gewonnen.

Ein Kernkraftwerk ist eine Anlage, in der der gesamte Prozess durchgeführt wird. Der wichtigste Unterschied zu anderen Wärmekraftwerken ist die Art und Weise der Gewinnung von Wärmeenergie. In einem Kernkraftwerk wird es im Kernreaktor durchgeführt.

Die anderen Arten von Wärmekraftwerken sind hauptsächlich solche, die fossile Brennstoffe verwenden. Hauptsächlich Kohle oder Erdgas. Es gibt auch Solarthermie-Anlagen, die die Sonne nutzen, um Dampf zu erzeugen.

Was ist eine Kernreaktion?

Eine Kernreaktion ist eine Veränderung im Kern eines Atoms.

Atome bestehen aus einer Kombination von Subpartikeln. Protonen und Neutronen. Diese Subpartikel sind durch Kraftbindungen verbunden, die eine große Energiemenge aufweisen. 

Das Konzept der Kernenergie bezieht sich auf die Energie des Kerns. Das Konzept der Atomenergie bezieht sich auf das Atom. In beiden Fällen meinen wir jedoch dasselbe.

Wenn diese Atomstruktur verändert wird, können zwei Dinge passieren:

  • Dass das Atom bricht: Kernspaltungsreaktion.
  • Lassen Sie die Atome verschmelzen: Kernfusionsreaktion.

In beiden Fällen wird eine große Menge an Wärmeenergie freigesetzt.

Heute verwenden alle Kernkraftwerke Spaltreaktoren. Kernfusion ist noch nicht realisierbar.

Welche Arten von Kernkraftwerken gibt es?

Weltweit nutzen 90% der Anlagen Leichtwasserreaktoren. Leichtes Wasser ist fließendes Wasser; in der Nukleartechnik heißt es so. Es werden zwei Arten von Leichtwasserreaktoren unterschieden:

Zwischen diesen beiden Reaktortypen ist der Druckwasserreaktor der weltweit am weitesten verbreitete.

Wie funktioniert ein Druckwasserkernkraftwerk?

Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

Der Grundbetrieb eines Kernkraftwerks mit einem Druckwasserreaktor kann in 4 Schritten vereinfacht werden:

  1. Gewinnung von Wärmeenergie durch Kernspaltung des Atomkerns ( Atomkern) des Kernbrennstoffs.
  2. Erzeugen Sie Wasserdampf mit der zuvor vom Wärmeerzeuger gewonnenen Wärmeenergie.
  3. Betreiben Sie eine Reihe von Turbinen mit dem erhaltenen Wasserdampf.
  4. Nutzen Sie die mechanische Energie der Turbinen, um einen elektrischen Generator anzutreiben. Dieser elektrische Generator erzeugt Strom.

Aus physikalischer Sicht werden verschiedene Energieänderungen beobachtet:

Anfangs haben wir Kernenergie (die die Kerne der Atome zusammenhält). Später, wenn es bricht, wird es in Wärmeenergie umgewandelt. Mit Hilfe der Thermodynamik wird ein Teil der Wärmeenergie in Dampf umgewandelt.

Wärmeenergie wird zur inneren Energie von Wasser (jetzt Dampf). Die innere Energie und die Wärmeenergie des Wassers werden beim Antrieb der Turbine in kinetische Energie umgewandelt.

Schließlich wandelt der Generatorkinetische Energie in elektrische Energie um.

Wasserkreisläufe

Kernkraftwerke, die mit einem Druckwasserreaktor arbeiten, haben zwei Wasserkreisläufe:

  • Primärkreis. Es geht durch den Reaktor.
  • Sekundärschaltung. Es geht durch die Dampfturbinen.

Im Primärkreislauf wird das Wasser einem hohen Druck ausgesetzt. Beim Durchgang durch den Reaktor erreicht das Wasser eine sehr hohe Temperatur und der Druck verhindert, dass es vergast wird. Es kann nicht in Dampf umgewandelt werden. Dies ist das Ziel.

Der Sekundärkreis ist ebenfalls geschlossen. Ein Teil des Wassers wird in Dampf umgewandelt. Es wird erwärmt, weil es mit dem Primärkreis in Kontakt steht. Dampf strömt durch die Turbine.

Schließlich wird es durch thermischen Kontakt mit einer externen Wasserquelle gekühlt.

Was passiert im Kernreaktor?

Der Kernreaktor ist der empfindlichste und wichtigste Teil der Anlage.

Der Reaktor ist für die Umwandlung von Kernenergie in Wärmeenergie zuständig. Im Inneren befinden sich die Kernbrennstäbe. Im Allgemeinen Uran. Uran ist sehr instabil.

Wenn ein Neutron mit einem Uranatom kollidiert, ist es sehr wahrscheinlich, dass es bricht. Diese Unterbrechung ist eine Kernspaltungsreaktion. Atombrocken und ein oder zwei weitere Neutronen werden in einer Kernspaltung freigesetzt. Diese Neutronen können mit Atomen kollidieren und Kettenreaktionen erzeugen.

Wenn diese Reaktionen nicht kontrolliert würden, würden immer mehr Reaktionen pro Sekunde stattfinden. Die erzeugte Wärme wäre so hoch, dass sie nicht enthalten sein könnte und der Reaktor schmelzen würde (wie in Tschernobyl und Fukushima).

Um dies zu verhindern, gibt es Kontrollleisten. Kontrollbalken können Neutronen anziehen. Ohne Neutronen gibt es keine Reaktionen mehr.

Containment-Gebäude

Das Sicherheitsgebäude ist das Gebäude, in dem sich das Kernkraftwerk und der Primärkreis befinden. Die empfindlichsten Teile des Kernkraftwerks.

Das Sicherheitsgebäude ist konzipiert für:

  1. Enthalten mögliche Explosionen.

  2. Vermeiden Sie das mögliche Entweichen von Kernstrahlung nach außen.

Wie wird Strom erzeugt?

Wenn der Dampf die Turbine getroffen hat, hat er einen großen Teil seiner Wärmeenergie auf die Turbine übertragen. Jetzt hat die Turbine mechanische Energie, sie dreht sich.

Diese Turbine ist mit einem elektrischen Generator verbunden. Der Generator wandelt kinetische Energie in elektrische Energie um.

Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

Der aus der Turbine austretende Wasserdampf hat viel Wärmeenergie verloren, ist aber immer noch sehr heißer Dampf. Es muss gekühlt werden, bevor es wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird. 

Beim Verlassen der Turbine gelangt der Dampf in einen Kondensationstank. Das Wasser hat thermischen Kontakt mit einigen Kaltwasserleitungen im Freien. Der Wasserdampf wird flüssig. Durch eine Pumpe wird das Wasser zurück zum Reaktor geleitet.

Der Zyklus wiederholt sich.

Was ist der Rauch, der aus den Kaminen von Kernkraftwerken kommt?

Der weiße Rauch, der aus den Kaminen von Kernkraftwerken kommt, ist Wasserdampf.

Wenn das kalte Wasser mit dem aus den Turbinen austretenden Dampf in thermischen Kontakt kommt, erwärmt es sich schnell. Wärme wird übertragen. Aufgrund der Hitze wird ein Teil dieses externen Wassers in Dampf umgewandelt.

Aus diesem Grund werden Kernkraftwerke immer in der Nähe einer reichlich vorhandenen Kaltwasserquelle installiert. Es kann das Meer, ein Fluss oder ein See sein. Wasser wird zur Kühlung im Kondensationstank benötigt.

Zusammenfassung

Ein Kernkraftwerk soll einem Atom Energie entziehen und in Elektrizität umwandeln.

Dieser Vorgang erfolgt in 4 Schritten.

  1. Wandle die Energie des Atoms durch Kernreaktionen in Wärmeenergie um.
  2. Mit dieser Wärmeenergie Dampf erzeugen.
  3. Betreiben Sie eine Dampfturbine.
  4. Wandeln Sie die kinetische Energie der Turbine in Elektrizität um. Elektrischer Generator.

Referenzen

Autor:

Erscheinungsdatum: 10. Dezember 2009
Geändert am: 11. Mai 2020