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Unter Leichtwasserreaktoren gehören Siede-, Druck- und Schwerwasserreaktoren.
In einem Siedewasserreaktor treibt Dampf, der direkt mit den radioaktiven Brennelementen in Berührung gekommen ist, die Turbine an. In dem Siedewasserreaktor stehen das Wasser und der sich beim Sieden bildende Dampf unter einem Druck von etwa dem 70fachen des normalen Luftdrucks. Das Wasser des Kühlkreislaufes tritt mit etwa 215° C in den Reaktorkern ein und hat sich, nachdem es die Brennelemente umspült hat, auf Dampf von 290° C erhitzt. Dieser wird zur Turbine geleitet, so werden zum Beispiel im Kraftwerk Grundremmingen pro Sekunde 40 m³ Wasser durch den Reaktorkern gejagt. Das Kühlwasser des Kondensators ist von diesem Kreislauf getrennt.
Etwas verschieden davon, doch im Prinzip gleich, sind die Druckwasserreaktoren. Auch sie arbeiten mit leichtem Wasser. Doch bei ihnen fließt es unter doppelt so hohem Druck und bei noch höherer Temperatur durch den Reaktorkern. Der Druck sorgt dafür, dass das Wasser nicht kocht, also kein Dampf erzeugt wird. In der Abbildung ist dargestellt, wie es dann einen Dampferzeuger durchströmt, in dem von außen zugeleitetes Wasser niedrigen Druckes zum Sieden gebracht wird. Der jetzt entstehende Dampf kann eine Turbine antreiben. Der Vorteil liegt darin, dass das radioaktive Wasser in einem gehaltenen Kreislauf verbleibt und die Turbine nicht mit radioaktivem Dampf in Berührung kommt. Verschiedene Störfälle in KKWs zeigten aber, dass das radioaktive Wasser auch dann nicht immer in Bann gehalten werden kann. In beiden Reaktortypen verwendet man als Brennstoff mit 235U angereichertes Uran. Die Anreicherung muss über 3% liegen. Im Jahre 1993 lag der Preis von einem Kg Natururan bei DM 44,00, der des mit 235U angereicherten Urans bei 1551,00. Das mühevolle Anreichern will bezahlt werden. Die etwa 3,5 m langen Brennstäbe haben eine Dicke von etwa einem Zentimeter. In ihnen ist Uran in Form in Uranoxid-Tabletten in einer Hülle aus einer Speziallegierung des Elements Zirkonium, sogenanntem Zirkalloy, aufeinandergeschichtet. In Grundremmingen hat man 37000 Brennstäbe, die zu quadratischen Paketen von je 49 zusammengefasst sind. Diese 750 Brennelemente reichen vertikal in den Reaktorkern und werden vom moderierenden Kühlwasser umströmt. Pro Jahr muss man etwa 190 Brennelemente auswechseln, so dass jeweils nach drei Jahren der ganze Brennstoff ausgewechselt ist. Als Neutronenfresser sind jedem Brennelement Kontrollstäbe beigefügt. Diese müssen im Laufe der Zeit, wenn mehr und mehr spaltbarer Stoff verbraucht ist, stückweise herauszogen werden, um die Kettenreaktion auch dann im Gang zu halten, wenn sich die Rate der Spaltungen mit der Verringerung des 235U-Gehalts erniedrigt.
Wie schon in einem Druckwasserreaktor wird in einem Schwerwasserreaktor die Wärme in einem Dampferzeuger weitergeleitet. Das schwere Wasser D2O (Deuteriumoxid) dient gleichzeitig als Moderator und als Kühlmittel. Schwerer Wasserstoff ist ein besserer Moderator als leichter. Deuteriumkerne bremsen zwar nicht ganz so gut, verschlucken aber seltener Neutronen.
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