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LEXIKON

Kernrektor

Reaktor; Atomreaktor; Atommeiler; Atomofen; Uranbrenner
Kernenergie
Kernenergie
internationale Störfallskala
Kernenergie
Kernenergie
Versagen des Reaktordruckbehälters/Kernschmelze
Kernenergie/Atomenergie/Kernkraft/Atomkraft
Kernenergie/Atomenergie/Kernkraft/Atomkraft
Reaktorkern/Brenn- und Regelelemente
englisch Pile, eine technische Anlage, in der Atomkernspaltungen in einer kontrollierten Kettenreaktion ablaufen und Energie frei wird, d. h. Wärme erzeugt wird. Im Kernreaktor läuft folgender Vorgang ab: Atomkerne eines spaltbaren Materials, z. B. des Uran-Isotops 235, werden durch Neutronen in zwei etwa gleich große Bruchstücke gespalten. Daneben entstehen bei jeder Spaltung 2 oder 3 freie Neutronen, die wiederum zur Spaltung weiterer Kerne führen können. Diese Kettenreaktion wird so gesteuert, dass gleichmäßig pro Sekunde eine vorbestimmte Anzahl von Kernen gespalten wird. Bei jedem Spaltungsvorgang wird Energie frei, zunächst als kinetische Energie der Spaltprodukte und Neutronen; diese wird durch Stöße an andere Atome übertragen und damit in Wärmeenergie umgewandelt. Mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufs wird die Wärme abgeführt und in einem Dampf- oder Gasturbinenprozess in mechanische Energie und schließlich im Generator in elektrische Energie umgewandelt. Kernenergie.
Kernspaltung: Neutronenbeschuss
Kernspaltung: Neutronenbeschuss
Kernspaltung eines Urankerns durch Beschuss mit einem Neutron
Harrisburg: Atomkraftwerk
Harrisburg: Atomkraftwerk
Am 28. März 1979 brach das Kühlsystems des Reaktorblocks 2 zusammen, woraufhin das Ersatzsystem einfach abgeschaltet wurde. Dadurch kam es im Kernkraftwerk „Three Mile Island“ von Harrisburg (Pennsylvania, USA) zu einer teilweisen Kernschmelze.
Für den kontrollierten Ablauf der Reaktion ist wichtig, dass von den 2 oder 3 bei der Spaltung entstehenden Neutronen genau eines wieder eine Spaltung hervorruft; es dürfen nicht zu viele Neutronen verloren gehen. Daher muss eine gewisse Mindestmenge (kritische Masse) Uran vorhanden sein. Die Abbremsung (mit Hilfe von Moderatoren) der zunächst schnellen Neutronen zu langsamen oder thermischen Neutronen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Neutronen Spaltungen und nicht andere Kernreaktionen verursachen.

Hauptbestandteile eines Kernreaktors

1. spaltbares Material: Verwendbar sind die Uranisotope der Massenzahlen 235 und 233 sowie das Plutoniumisotop 239. Das erstgenannte Isotop findet sich in natürlichem Uran zu 0,73% neben 99,27% Uran 238; verwendet werden natürliches Uran und angereichertes Uran, in dem der Prozentsatz des Isotops 235 erheblich erhöht ist. Die beiden anderen spaltbaren Isotope müssen selbst erst in Kernreaktoren, in sog. Brutreaktoren, erzeugt werden. Sie entstehen aus Thorium 232 bzw. Uran 238 durch Neutroneneinfang. 2. Moderator oder Bremssubstanz: Stoffe zur Abbremsung der Neutronen. Verwendet werden reiner Graphit, schweres Wasser und auch reines normales Wasser. 3. Steuerungs- und Kontrolleinrichtungen: Vor allem Cadmium fängt stark Neutronen ein und wird deshalb in Form von Stäben benutzt, die in den Kernreaktor mehr oder weniger weit eingeschoben werden können. 4. Kühlmittel: Verwendung finden Gase (wie Kohlendioxid, Helium), Wasser und auch leicht schmelzende Metalle, z. B. Natrium. 5. Konstruktionsmaterial und Schutzwandung gegen die starken radioaktiven Strahlungen der Kernreaktoren.
Brutreaktor
Brutreaktor
Hochtemperaturreaktor (Schema)
Hochtemperaturreaktor
Als Brennstoff wird ein Gemisch aus Uran und dem häufigeren Thorium im Verhältnis 1 : 10 verwendet. Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen muss der Brennstoff anders verpackt werden als in gewöhnliche Brennstäbe. Uran und Thorium werden deshalb zu faustgroßen Brennstoffkugeln verarbeitet, die jeweils von einer dichten Schicht aus Graphit umgeben und somit äußerst fest sind. Außerdem schmelzen solche Brennelemente wegen des Mantelmaterials erst bei 3500 °C. Ein außer Kontrolle geratener Reaktor erreicht aber höchstens 2500 °C, so dass der Hochtemperaturreaktor als gefeit gegen eine Kernschmelze gilt. Die Brennstoffkugeln werden im Druckgefäß zu einem Haufen aufgeschüttet und heizen, wenn die Kettenreaktion anläuft, das Edelgas Helium auf. Das Helium gibt seine Wärme über einen Wärmetauscher an einen Kreislauf mit Wasserdampf ab, der in die Turbine der Anlage geleitet wird. Der Dampf wird bis zu 550 °C heiß
Kernkraftwerke in Deutschland
Deutsches Atomforum http://www.kernenergie.de/kernenergie/Themen/Kernkraftwerke/Kernkraftwerke_in_Deutschland/ Stand: 18.1.2012
Kernkraftwerke in Deutschland1
Lfd. Nr.StandortReaktortyp2Kommerzielle ÜbergabeBrutto-Leistung (MW)Brutto-Stromerzeugung (GWh)1
1GrafenrheinfeldDWR19821 3459 044
2Gundremmingen BSWR19841 34410 855
3GrohndeDWR19851 43010 167
4Gundremmingen CSWR19851 3449 933
5Philippsburg 2DWR19841 46811 314
6BrokdorfDWR19861 48010 217
7Neckarwestheim 2DWR19891 40011 555
8Isar 2DWR19881 48512 307
9EmslandDWR19881 40011 559
1 Betriebsergebnisse 2011
2 SWR = Siedewasserreaktor; DWR = Druckwasserreaktor
Der erste Kernreaktor wurde 1942 in den USA in Betrieb genommen. Heute gibt es zahllose Kernreaktoren der verschiedensten Typen und Größen für Forschungs- und Ausbildungszwecke an Universitäts- u. a. Instituten und zur Erzeugung radioaktiver Isotope unter der starken Neutronenbestrahlung im Reaktor. Die überwiegende Anwendung finden Kernreaktoren in Kraftwerken zur Erzeugung elektrischen Stroms (Kernkraftwerk). Auch Reaktoren zum Antrieb von Schiffen sind gebaut worden (Kernenergieantrieb).
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