Reaktortypen von Atomkraftwerken - Kernkraftwerken
Es 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.