|
2.1 Prinzipieller Aufbau u. Funktion eines Kernreaktors
Ein Kernreaktor besteht hauptsächlich aus fünf Komponenten:
- Spaltbares Material in Form von Brennstäben
- Stoff zur Neutronenbremsung (Moderator)
- Medium zur Wärmeabführung
- Steuerungseinrichtungen (Steuerstäbe)
- Barrieren und Maßnahmen für den Strahlenschutz
Abb. 3 Prinzip eines Kernreaktors [siehe (1) S. 36]
2.1.1 Das Brennelement
Der Brennstab ist zylinderförmig aufgebaut. Die Hülle besteht aus einer Zirkonium-Legierung, die den Brennstoff vom Kühlmittel des Primärkreislaufes trennt.
Im Inneren sind Uran-Oxid-Tabletten eingebaut. Sie stellen den eigentlichen Brennstoff dar.
72 solcher Brennstäbe werden zu einem sogenannten Brennelement zusammengefasst, wovon sich jeweils wieder ca. 800 Stück in einem Reaktor befinden
Abb. 4 Schnitt durch Brennstäbe [siehe (1) S. 23]
2.1.2 Der Moderator
Da die bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen sehr schnell sind, jedoch zur weiteren Spaltung nur langsame Neutronen verwendet werden können, muss ihre Geschwindigkeit verringert werden. Dazu wird der Moderator, für den meistens Wasser benutzt wird, verwendet.
Abb. 5 Abbremsung schneller Neutronen durch einen Moderator [siehe (1) S. 39]
Trifft ein schnelles Neutron auf einen Atomkern des Moderators, so prallt es von ihm ab und wird abgelenkt. Dadurch verliert es an Bewegungsenergie, es wird langsamer. Je mehr Zusammenstöße stattfinden, desto langsamer wird das Neutron und desto besser funktioniert die Spaltung.
Dadurch, dass die Stärke der Abbremsung von der Temperatur des Moderators abhängt, wird im bestimmten Maße eine Selbststeuerung der Kettenreaktion erreicht. Wenn der Moderator im Falle eines Unfalls verdampft (Wasser), werden die Neutronen nicht mehr gebremst und die Kettenreaktion dadurch stark eingeschränkt.
Abb. 5a Temperaturabhängigkeit der Bremsung [siehe (1) S. 40]
2.1.3. Die Steuereinrichtungen
Der Ablauf der Kettenreaktion ist prinzipiell einfach zu steuern. Entnimmt man dem Vorgang Neutronen, so finden weniger Kernspaltungen statt. Im äußersten Fall kommt die Kettenreaktion zum Erliegen. Die Neutronenentnahme wird mit Steuerstäben aus neutronenabsorbierendem Material (z.B. Bor oder Cadmium) verwirklicht.
Abb. 6 [siehe (1) S. 42] Links: Anfahren / Rechts: Abschalten d. Reaktors
Fährt man die Steuerstäbe weit zwischen die Brennelemente, so werden viele Neutronen absorbiert und die Leistung sinkt.
Sind die Stäbe dagegen weit heraußen, so werden wenig Neutronen aufgenommen und die Leistung steigt.
2.1.4 Das Kühlmittel
Um die beim Reaktionsablauf entstehende Wärmeenergie abzuführen, wird ein Kühlmittel benötigt. Dazu wird meistens Wasser verwendet, das auch gleichzeitig den Moderator bildet. Es transportiert die Wärmeenergie der Brennstäbe zur Turbine, wo sie in mechanische Energie umgewandelt wird.
1.1.5. Die Sicherheitsbarrieren
Ein Kernkraftwerk besitzt Sicherheitsmaßnahmen und -systeme, die verhindern, dass gefährliche Stoffe und Strahlungen in die Umwelt gelangen. Auf diese Systeme wird jedoch hier nicht näher eingegangen.
2.2 Energieumwandlung im Kernkraftwerk
Abb.7 Energieumwandlung im Kernkraftwerk [siehe (1) S. 21]
Kernkraftwerke werden zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Dazu muss die im Atomkern gespeicherte Kernenergie zunächst in Wärmeenergie, dann in potentielle Energie, in der Turbine in Bewegungsenergie und schließlich im Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.
|
