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Welche Arten von Kernreaktoren gibt es?

Kernreaktoren sind Teil von Kernkraftwerken. Der Zweck eines Reaktors besteht darin, Energie aus Kernenergie zu gewinnen.

Welche Arten von Kernreaktoren gibt es?

Die häufigste Verwendung dieses Reaktortyps ist die Erzeugung von elektrischer Energie. In Kernreaktoren werden Spaltkettenreaktionen (Aufspaltung von Uranatomen) zur Gewinnung von Wärmeenergie erzeugt. Der Rest des Kernkraftwerks wird dafür verantwortlich sein, diese Energie zu nutzen, um sie in Strom umzuwandeln.

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Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von Kernkraftwerken basieren auf der Art und Weise, wie der Kernreaktor, mit dem sie Strom erzeugen, funktioniert.

Die häufigsten Arten von Kernreaktoren sind:

  • Druckwasserreaktor (DWR)

  • Siedewasserreaktor (SWR)

  • Erdgas-Graphit-Reaktor (GCR)

  • Fortschrittlicher Gasreaktor (AGR)

  • Gasgekühlter Reaktor mit erhöhter Temperatur (HTGCR)

  • Schwerwasserkernreaktor (HWR)

  • Schneller Brüterreaktor (FBR)

Druckwasserreaktor (DWR)

Welche Arten von Kernreaktoren gibt es?

Der Druckwasserreaktor ist neben dem Siedewasserreaktor (SWR) der am weitesten verbreitete Kernreaktor der Welt. Dieser Reaktor wurde hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, RF Deutschland, Frankreich und Japan entwickelt.

Als Kernbrennstoff wird angereichertes Uran in Form von Oxid verwendet.

Als Moderator und Kühlmittel kann Wasser oder Graphit verwendet werden.

Die vom Reaktorkern erzeugte Wärmeenergie wird durch das unter hohem Druck zirkulierende Kühlwasser zu einem Wärmetauscher transportiert. Der Reaktor basiert auf dem Prinzip, dass unter hohem Druck stehendes Wasser verdampfen kann, ohne den Siedepunkt zu erreichen.

Im Austauscher wird der Dampf abgekühlt und kondensiert und kehrt in flüssigem Zustand in den Reaktor zurück.

Beim Austausch gelangt die Wärme in einen sekundären Wasserkreislauf. Das Wasser im Sekundärkreislauf wird in Hochdruckdampf umgewandelt, der zum Antrieb der Dampfturbinen verwendet wird. Turbinen liefern mechanische Energie, um den elektrischen Generator anzutreiben und Strom zu gewinnen.

Siedewasserreaktor (SWR)

Auch der Siedewasserreaktor (im Englischen SWR unter der Abkürzung bekannt) wird häufig eingesetzt. Technologisch wurde es hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, Schweden und Westdeutschland entwickelt.

In diesem Kernreaktortyp verwendet er Wasser als Kühlmittel und einen Neutronenmoderator.

Als Kernbrennstoff wird angereichertes Uran in Form von Oxid verwendet, da es die Erzeugung von Kernspaltungen erleichtert.

Durch Kernspaltungskettenreaktionen erzeugte thermische Energie wird zum Kochen von Wasser verwendet. Der erzeugte Dampf wird einer Turbine zugeführt, die einen elektrischen Generator antreibt. Der aus der Turbine austretende Dampf strömt durch einen Kondensator, wo er wieder in flüssiges Wasser umgewandelt wird, um den Kreislauf zu wiederholen.

Erdgas-Graphit-Reaktor (GCR)

Der Natururan-Gas-Graphit-Reaktor ist eine Art von Kernreaktor, der Natururan in Form von Metall als Kernbrennstoff verwendet. Der Brennstoff wird in Rohre aus einer Magnesiumlegierung namens Magnox eingebracht.

Als Neutronenmoderator wird Graphit verwendet. Der thermische Kühler ist Gas, insbesondere Kohlendioxid (CO 2 ).

Die Technologie dieses Kernreaktortyps wurde hauptsächlich in Frankreich und im Vereinigten Königreich entwickelt.

Fortschrittlicher Gasreaktor (AGR)

Der Advanced Gas Reactor (AGR) wurde in Großbritannien aus dem natürlichen Uran-Graphit-Gas-Kernreaktor entwickelt.

Die wesentlichen Neuerungen sind, dass der Kernbrennstoff in Form von angereichertem Uranoxid in Edelstahlrohre eingebracht wird und der Spannbetonbehälter die Wärmetauscher im Inneren enthält.

Gasgekühlter Reaktor mit erhöhter Temperatur (HTGCR)

Der gasgekühlte Kernreaktor mit erhöhter Temperatur ist eine neue Entwicklung von gasgekühlten Kernreaktoren.

Die Unterschiede zum fortgeschrittenen Kerngasreaktor (AGR) sind hauptsächlich drei:

  • Helium wird durch Kohlendioxid als Kältemittel ersetzt,

  • keramischer Brennstoff wird anstelle von metallischem Brennstoff verwendet

  • die Temperaturen des Gases, mit dem es arbeitet, sind viel höher.

Schwerwasserkernreaktor (HWR)

Der Schwerwasserkernreaktor ist ein hauptsächlich in Kanada entwickelter Kernreaktortyp. Eine Variante dieses Reaktors ist der in Kanada sehr beliebte Kernreaktor CANDU .

Als Brennstoff zur Gewinnung von Kernenergie dient Natururan in Form von Oxid, das in legierte Zirkoniumrohre eingebracht wird.

Das Hauptmerkmal des Schwerwasserreaktors ist die Verwendung von Schwerwasser als Moderator und Kühlmittel.

In der gängigsten Ausführung werden die Kernbrennstoffrohre in ein Gefäß mit dem Moderator eingeführt. Das Kältemittel wird unter Druck gehalten, um seinen flüssigen Zustand beizubehalten. Der Dampf wird in Wärmetauschern erzeugt, durch die das Leichtwasser zirkuliert.

Schneller Brüterreaktor (FBR)

Das Hauptmerkmal schneller Reaktoren besteht darin, dass sie keinen Neutronenmoderator verwenden und daher die meisten Kernspaltungen durch schnelle Neutronen erzeugt werden.

Der Kern eines solchen Kernreaktors besteht aus einer Spaltzone, umgeben von einer fruchtbaren Zone, in der natürliches Uran in Plutonium umgewandelt wird. Der Uran-233-Thorium-Zyklus kann ebenfalls verwendet werden.

Das Kältemittel ist flüssiges Natrium, der Dampf wird in Wärmetauschern erzeugt.

Wie können Kernreaktoren sonst klassifiziert werden?

Kernreaktoren können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden. Eines der Kriterien ist der Verwendungszweck. In diesem Sinne unterscheiden wir folgende Zwecke:

  • Zivil: Stromerzeugung, Nuklearmedizin, industrielle Nutzung usw.

  • Militär: Herstellung von Militärwaffen oder als Antriebssystem für Kriegsfahrzeuge (Militär-U-Boote etc.)

  • Forschung: Erforschung von Kernreaktoren zur Entwicklung von Kernkrafttechnologie in verschiedenen zivilen und militärischen Bereichen.

Abhängig von den verwendeten Kriterien gibt es andere Klassifizierungen der Typen von Kernreaktoren. Zu den häufigsten Kriterien zählen:

  • Je nach verwendetem Kernbrennstoff finden wir Kernreaktoren aus Natururan und Kernreaktoren mit angereichertem Uran. Andere Reaktoren verwenden Mischoxide von Uran und Plutonium.

  • Nach der Geschwindigkeit der Neutronen, dh ihrer kinetischen Energie, die bei Kernspaltungsreaktionen entsteht, werden schnelle Reaktoren und thermische Reaktoren unterschieden.

  • Je nach eingesetztem Moderator können es Schwerwasser-, Leichtwasser- oder Graphitkernreaktoren sein.

  • Je nach verwendetem Material als Kühlmittel: Die gängigsten Materialien sind Gas (Helium oder Kohlendioxid) oder Wasser (leicht oder schwer). Manchmal wirken diese Materialien gleichzeitig auch als Neutronenmoderatoren. Als Kühlmittel können auch Dampf, Salzschmelzen, Luft oder flüssige Metalle verwendet werden.

  • Kernreaktoren können auch nach der Art der Kernreaktion unterschieden werden: ob es sich um Spalt- oder Fusionsreaktionen handelt. Derzeit sind alle in Produktion befindlichen Kernreaktoren Kernspaltungsreaktoren. Der Kernfusionsreaktor befindet sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase.

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Erscheinungsdatum: 29. August 2012
Geändert am: 1. September 2021