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Turbine eines Kernkraftwerks

Kernkraftwerk Cattenon,
Frankreich

Kernkraftwerk

Kernkraftwerk

Ein Kernkraftwerk ist eine Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie.

Die Funktionsweise ähnelt der eines Wärmekraftwerks oder einer thermoelektrischen Solaranlage: Die Thermodynamik wird aus einer Energiequelle zur Gewinnung von Wärme, mit Dampfwärme und mit Dampf zum Antrieb einer Turbine zur Stromerzeugung genutzt.

Der Unterschied zwischen den verschiedenen Arten elektrischer Anlagen liegt in der Energiequelle: Ein Kernkraftwerk nutzt die bei Kernspaltungsreaktionen bestimmter Atome freiwerdende Wärme, in einem Wärmekraftwerk stammt die Wärmequelle (Wärmeenergie) aus der Verbrennung von ein oder mehrere fossile Brennstoffe (Kohle, Erdgas, Brennstoff ...). Schließlich ist in thermoelektrischen Solaranlagen die Sonnenstrahlung die Energiequelle.

Wie in einem konventionellen Wärmekraftwerk wird Wärme zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet, der eine Dampfturbine antreibt, die an einen Generator angeschlossen ist, der Elektrizität erzeugt.

Die vom Kernkraftwerk zur Stromerzeugung genutzte Wärmeenergie wird von einem Kernreaktor erzeugt. Innerhalb des Reaktors laufen Kettenspaltungsreaktionen kontrolliert ab. Das Spaltelement, der Kernbrennstoff, ist natürliches Uran oder angereichertes Uran. Angereichertes Uran ist natürliches Uran mit einem höheren Uran-235-Isotopenverhältnis.

Ein Kernkraftwerk besteht neben dem Reaktor immer aus einer Dampfturbine, einem Generator, zwei oder drei Kreisläufen - Primär-, Sekundär- und Tertiärkreislauf - und einem oder mehreren Kühltürmen der Kondensationsflüssigkeit, bei der es sich in der Regel um Wasser handelt. Der Gesamtwirkungsgrad liegt zwischen 30% und 40%.

Die Betriebszeit eines Kernkraftwerks in etwa dreißig Jahren wird üblicherweise berücksichtigt. Das Hauptproblem ist die Entsorgung der von ihnen erzeugten Atommüll.

Grundbetrieb eines Kernkraftwerks

Funktionsschema eines KernkraftwerksIn einem Kernkraftwerk wird dem Atomkern durch seine Teilung (Kernspaltung) Energie entzogen. Atome haben innere Bindungen, die ihre Subpartikel (Elektronen, Neutronen und Protonen) binden. Bei der Teilung brechen diese Bindungen und geben die innere Bindungsenergie des Inneren des Atoms ab, das die abgetrennten Teilchen verbunden hat.

Die Kernspaltung wird künstlich und kontrolliert. Darin wird ein Atom eines großen chemischen Elements von einem Neutron, einem kleinen Teilchen, mit einer bestimmten Geschwindigkeit gebrannt, das das Atom bricht (seinen Kern, der aus Neutronen und Protonen besteht, die durch sehr energetische Bindungen miteinander verbunden sind) eine exotherme Kernreaktion, das heißt, dass Energie in Form von Wärme (Wärmeenergie) freigesetzt wird.

Kernkettenreaktionen

Damit die gewonnene Energie größer als die verbrauchte Energie ist, müssen die Kernreaktionen Kettenreaktionen sein. Obwohl viel Energie benötigt wird, um die Kernkettenreaktion zu starten, wird, sobald die Reaktion bereits gestartet ist, nicht viel Energie benötigt, um sie aufrechtzuerhalten, und es kommt eine Zeit, in der die erhaltene Energie größer ist als die verbrauchte Energie. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, dass das große chemische Element (wir nennen es schwer, mit einer hohen Atommasse) auch radioaktiv ist. Das üblicherweise verwendete Element ist ein seltenes Isotop des Urans.

Kettenreaktionen finden im Kern des Kernreaktors statt. Anschließend wird ein Rohrkreislauf, durch den ein als Kältemittel bezeichnetes Fluid zirkuliert, für den Transport von Wärme (Wärmeenergie) aus dem Tank durch Kühlung verantwortlich sein.

Betrieb der Kernkraftwerksturbinen

Mit der aus den Kernreaktionen gewonnenen Wärme wird Wasser erhitzt, bis es kocht; Wasser wird unter sehr hohem Druck zu Dampf. Die Schaufeln einer Turbine werden mit Druckdampf bewegt. Auf diese Weise haben wir thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Die Turbine wird an einen elektrischen Generator (oder Wechselstromgenerator) angeschlossen, der es uns ermöglicht, mechanische Energie in elektrische Energie (oder Elektrizität) umzuwandeln.

Dieser Vorgang wird im Abschnitt: Betrieb eines Kernkraftwerks näher erläutert.

Kernreaktor

KernreaktorDer Kernreaktor ist der Ort, an dem Kernspaltungsreaktionen erzeugt werden. Es ist definitiv ein Gerät, das Wärme erzeugt (Wärmeenergie oder Wärmeenergie).

Im Reaktor der Anlage wird die Kettenreaktion durch Beschuss eines Atoms mit einem Neutron gestartet. Sobald die Reaktion begonnen hat, kann sie im selben Reaktor unter Verwendung der Kontrollstäbe und des Neutronenmoderators gesteuert werden.

Arten von Kernreaktoren

Es gibt verschiedene Arten von Kernreaktoren, die alle in verschiedene Kernkraftwerke gespalten werden. Die UN klassifiziert sie wie folgt:

  • Der Druckwasserreaktor (PWR und VVER). Sie verwenden Hochdruckwasser, um Dampf für Dampferzeuger zu erzeugen. Sie haben drei Stromkreise.
  • Der Siedewasserreaktor (SWR): Der zweithäufigste der Welt. Wasser siedet und erzeugt Dampf direkt im Reaktorkern. Sie haben nur zwei Stromkreise.
  • Der Hochdruckwasserreaktor (PHWR): Verwendet Hochdruckschwerwasser als Neutronenmoderator und als Kältemittel.
  • Der gasgekühlte Reaktor (GCR: AGR und Magnox): Sie verwenden Graphit als Moderator für Neutronen und Kohlendioxid im gasförmigen Zustand als Kältemittel.
  • Der Reaktor wird mit Graphit moderiert und mit leichtem Wasser gekühlt (LGR und RBMK): Modelle russischer Herkunft. "Leichtes Wasser" ist normales Wasser.
  • Der schnelle Reaktor (LBR oder LMFBR): Verzögert die Neutronen der Kettenreaktion nicht und kühlt mit flüssigem Natrium. Sie befinden sich in der Prototypen- und Forschungsphase.
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    Geändert am: 5. April 2017