Atomkraftwerk

Ein Kernkraftwerk (KKW) oder Atomkraftwerk (AKW) ist ein Elektrizitätswerk zur Gewinnung elektrischer Energie durch Kernspaltung in Kernreaktoren.

Die Erzeugung elektrischer Energie geschieht indirekt. Die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auf ein Kühlmedium übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Im Normalfall besteht das Kühlmittel aus Wasser; bei der Erwärmung wird Wasserdampf erzeugt, der dann eine Dampfturbine antreibt. In den meisten Fällen besteht ein Kernkraftwerk aus mehreren Blöcken, die für sich völlig unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Anfang 2006 waren weltweit 442 Kernkraftwerke am Netz. Weltweit geplant ist der Bau von 120 bis 140 neuen Kernkraftwerken in den nächsten 10 Jahren.

Auch ein künftiger Fusionsreaktor wäre ein Kernkraftwerk. Jedoch ist die Energiegewinnung aus Kernfusion im technischen Maßstab bislang erst Gegenstand von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und von der industriellen Nutzung noch weit entfernt (Stand: 2006).

Reaktortypen und Funktionsweise

In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt, die sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren unterscheiden. Die wichtigsten sind:

* Leichtwasserreaktor (LWR): Als Reaktorkühlmittel wird hier leichtes Wasser verwendet, welches das in der Natur am häufigsten vorkommende Wasser ist, gebildet mit dem leichten Wasserstoff-Isotop 1H. Das leichte Wasser dient gleichzeitig als Moderator. Als Brennstoff geeignet ist angereichertes Uran mit einem U-235-Massenanteil zwischen etwa 1,5 und 6 Prozent. Der LWR wird ausgeführt als
o Druckwasserreaktor (DWR):
Das Reaktorkühlmittel transportiert die Kernspaltungswärme in einem geschlossenen Kreislauf, dem Primärkreislauf, vom Reaktordruckbehälter zu mehreren Dampferzeugern, mit denen in einem sekundären Kreislauf der Dampf zum Antrieb der Turbinen erzeugt wird. Dieser Sekundärkreislauf ist nicht mehr Teil des Kontrollbereichs. Die Turbinen bleiben frei von radioaktiver Verunreinigung. Zum Typ der Druckwasserreaktoren gehört auch der European Pressurized Water Reactor (EPR).
o Siedewasserreaktor (SWR): Das Reaktorkühlmittel wird im Reaktordruckbehälter verdampft und direkt den Turbinen zugeführt. Der gesamte Wasser-Dampfkreislauf ist damit Teil des Kontrollbereichs. Vorteilhaft gegenüber dem DWR sind der etwas bessere Wirkungsgrad und der einfachere, kostengünstigere Aufbau, nachteilig die radioaktive Verunreinigung im Dampfsystem und die technische Komplikation durch das Zweiphasengemisch aus Wasser und Dampfblasen im Reaktor selbst.

* Schwerwasserreaktor (HWR): Schweres Wasser (D2O) als Reaktorkühlmittel wird mit schwerem Wasserstoff, dem Deuterium, gebildet, das Neutronen weniger stark absorbiert. Deshalb kann als Brennstoff Natur-Uran mit einem Massenanteil an U-235 von etwa 0,7 Prozent verwendet werden.

* RBMK: Der RBMK ist ein Reaktor sowjetischer Bauart, der Graphit als Moderator und Wasser als Kühlmittel verwendet, daher kann zum Betrieb Uran mit der natürlichen Isotopenverteilung verwendet werden. Die Bauart macht den Betrieb dieser Reaktoren sehr unsicher, deswegen werden sie nach der Katastrophe von Tschernobyl nicht mehr gebaut. Allerdings sind auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion noch einige Reaktoren dieser Bauart mit einigen technischen Verbesserungen weiterhin in Betrieb.

* Flüssigmetallgekühlter Brutreaktor (Schneller Brüter): Der Brutreaktor erzeugt während des Betriebs spaltbares Plutonium aus dem sonst nicht verwertbaren Uranisotop 238. Flüssiges Natrium, das Neutronen nicht abbremst („moderiert“), wird als Reaktorkühlmittel eingesetzt und erwärmt über einen Zwischen-Wärmetauscher einen zweiten, radioaktivitätsfreien Natriumkreislauf. Dieser erzeugt im Dampferzeuger den Dampf für die Turbine. Der Sinn der technisch anspruchsvollen Brutreaktortechnologie ist die ca. 30 mal bessere Ausnutzung des Urans, die sich im Verbund von Brutreaktoren, Wiederaufarbeitung und Leichtwasserreaktoren erzielen ließe.

* Hochtemperaturreaktor (HTR): Dieser Reaktortyp benutzt Heliumgas als Kühlmittel und Graphit als Moderator. Der primäre Spaltstoff ist 235U, daneben tragen erbrütete Spaltstoffe zur Energieerzeugung bei. Die Brennelemente sind in Graphitkugeln eingeschlossen und bilden im Reaktorkern einen Kugelhaufen – daher auch die Bezeichnung Kugelhaufenreaktor. Bei einem Hochtemperaturreaktor entsteht eine relativ hohe Nutzungstemperatur von 300 bis 950 °C, daher auch sein Name. Der Thorium-Hochtemperaturreaktor (THTR) diente als Prototyp für dieses System.

Der wichtigste Bestandteil eines Kernkraftwerks ist der Kernreaktor. In ihm finden die Spaltungsprozesse statt. Viele Kernkraftwerke werden mit mehreren Kernreaktoren gebaut, die je ihre eigenen Dampferzeuger, Turbine und Generator treiben. In einem solchen Fall spricht man von mehreren Reaktorblöcken.

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