Reaktortypen von Atomkraftwerken - Kernkraftwerken



ReaktorenEs gibt verschiedene Reaktortypen in Atomkraftwerken. Die wichtigsten sind Leicht- und Schwerwasserreaktoren, Flüssigmetallgekühlte Brutreaktoren, Hochtemperaturreaktoren und RBMK-Reaktoren.

Leichtwasserreaktoren

Leichtwasserreaktoren verwenden als Kühlmittel (und gleichzeitig Moderator) leichtes Wasser mit H-1 (Wasserstoff mit nur einem Proton und keinen Neutronen) Atomen und als Brennstoff Uran mit 1,5 – 6 % U-235-Massenanteil. Natürliches Uran hat jedoch nur einen U-235-Anteil von ca. 0,7%, deswegen muss es zuerst angereichert werden. Man unterscheidet des Weiteren zwischen dem Siedewasserreaktor und dem Druckwasserreaktor. Im Siedewasserreaktor verdampft das Kühlmittel schon im Reaktor selbst und wird zu den Turbinen geleitet. Danach wir der Dampf kondensiert und als Kühlmittel zurück zum Reaktor geführt. Beim Druckwasserreaktor wird ein hoher Druck auf das Kühlmittel ausgeübt, was die Dampfbildung im Reaktor auch bei hohen Temperaturen verhindert. Dieses Wasser wird dann in einen Dampferzeuger geleitet, wo die hohen Temperaturen Wasser in einem anderen Behälter mit Normaldruck erhitzen, dessen Dampf dann die Turbinen antreibt. Dabei kommt nur unverseuchtes Wasser zu den Turbinen, welche daher nicht radioaktiv verunreinigt werden. Dies ist ein großer Vorteil und der Grund dafür, dass es mehr Druckwasser- als Siedewasserreaktoren gibt. Beide Reaktortypen haben jedoch einen ähnlichen Wirkungsgrad.


Schwerwasserreaktoren

Schwerwasserreaktoren besitzen als Kühlmittel und Moderator schwere Wasser mit H-2 Atomen (Deuterium), die neben einem Proton auch noch ein Neutron im Kern besitzen. Wasser mit Deuterium absorbiert Neutronen schlechter als leichtes Wasser, womit die Reaktivität erhöht wird und Uran mit nur ca. 0,7% U-235-Massenanteil (natürliche Isotopenzusammensetzung des Urans) verwendet werden kann. Allerdings ist die Herstellung von schwerem Wasser sehr teuer, daher findet man Schwerwasserreaktoren hauptsächlich in Ländern die keine Uran-Anreicherungsanlage besitzen und daher nur Uran mit der natürlichen Isotopenmischung verwenden können.

Brutreaktor

Weit verbreitet ist der Brutreaktor, da er nicht nur zur Energiegewinnung aber auch zur Herstellung von weiterem spaltbarem Material dient. Dabei wird meist U-238 (das am häufigsten vorkommende Uranisotop) durch Neutroneneinfang in U-239 umgewandelt, welches dann zu Th-239 und schließlich Pu-239 (Plutonium) zerfällt (Brutreaktion). Bei diesem Zerfall werden Betastrahlen freigesetzt (Betazerfall). Die entstandenen Kerne werden dann gespalten und geben somit Energie ab. Der Vorteil dieses Reaktors ist, dass natürliches Uran verwendet werden kann, da kein U-235 angereichert werden muss. Außerdem arbeitet er ohne Moderator, da schnelle anstatt abgebremste Neutronen für die Kernspaltung verwendet werden.

Hochtemperaturreaktor

Beim Hochtemperaturreaktor dient U-235 oder Th-232 als Brennstoff und Helium als Kühlmittel, welches die aufgenommene Wärmeenergie zu den Turbinen transportiert. Die Oxide des Uran oder Thorium werden von Graphit umschlossen und die dabei entstehenden tennisballgroßen Kugeln bilden den Brennstoff. Das Graphit wird dabei zum Moderator. Vorteilhaft ist, dass die kugelförmigen Brennelemente jederzeit entnommen und mit Neuen ausgetauscht werden können, was einen ununterbrochenen Betrieb des Reaktors ermöglicht. Außerdem absorbiert Helium als Kühlmittel kaum Neutronen und wird daher im Gegensatz zu Wasser nicht radioaktiv.

BRMK Reaktor

Der BRMK-Reaktor ist sowjetischer Bauart, kommt meist in Russland vor und verwendet Uran mit natürlicher Isotopenzusammensetzung als Brennstoff. Graphit dient ebenfalls als Moderator, das Kühlmittel ist jedoch Wasser. Der Nachteil dieser Reaktoren ist, dass bei einem Fehlerfall die Kettenreaktion der Kernspaltung schwer zu kontrollieren ist, da bei einer Überhitzung des Kühlmittels die Moderationswirkung nicht wie beim Wasserreaktor nachlässt, sondern durch das erhitzte Graphit nur noch verstärkt wird. Dies heizt wiederum das Wasser weiter auf, welches dann das Graphit erneut erhitzt, etc. Jener Pingpong-Effekt kann fatale Folgen haben, weswegen dieser Reaktortyp alles andere als ungefährlich ist.