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Kernreaktor
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Ein Kernreaktor, auch Atomreaktor oder Atommeiler ist eine Anlage, in der eine Kernspaltungsreaktion kontinuierlich als Kettenreaktion im makroskopischen, technischen MaĂstab abläuft.
Fotogalerie verschiedener Kernreaktoren
Weltweit verbreitet sind vor allem die Leistungsreaktoren, d. h. Kernreaktoranlagen (siehe Kernkraftwerk), die durch die Spaltung (englisch fission) von Uran oder Plutonium zunächst thermische Energie (Wärme) und ßber einen Dampfkreislauf (vgl. auch Clausius-Rankine-Kreisprozess) daraus meist elektrische Energie gewinnen.cite-ref-1[1] Dagegen dienen Forschungsreaktoren zur Erzeugung von freien Neutronen, etwa fßr Zwecke der Materialforschung oder zur Herstellung von bestimmten radioaktiven Nukliden fßr medizinische oder ähnliche Zwecke.
Ein Kernkraftwerk verfĂźgt in der Regel Ăźber mehrere Reaktoren, die auch als âReaktorblĂśckeâ oder kurz âBlĂśckeâ bezeichnet werden. Die beiden Begriffe werden oft ungenau verwendet. Zum Beispiel ist mit der Aussage âin Deutschland liefen bis zum Atomausstieg 17 Kernkraftwerkeâ gemeint, dass an deutlich weniger Standorten insgesamt 17 Kernreaktoren liefen. So etwa bestand das Kernkraftwerk Gundremmingen ursprĂźnglich aus drei ReaktorblĂścken; jeder Block besteht aus einem Reaktor mit Dampferzeuger und einer Dampfturbine bzw. Turbosatz.cite-ref-2[2]
Die meisten Kernreaktoren sind ortsfeste Anlagen. Die Nutzung von Kernenergie bzw. Kernreaktoren fßr Antriebe entstand jedoch bereits in den 1950er Jahren. Ein typisches Beispiele sind die Atom-U-Boote oder nukleargetrieben Flugzeugträger.cite-ref-3[3] Weitere Schiffe sind die Atomeisbrecher und atombetriebene Frachter.
Contents
⢠Geschichte
⢠Funktionsweise
⢠Die Kernspaltung
⢠Brutreaktionen
⢠Emissionen
⢠Kernschmelze
⢠Reaktortypen
⢠Anwendungen
⢠Siehe auch
⢠Listen
⢠Literatur
⢠Klassiker
⢠Weblinks
⢠Einzelnachweise
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Geschichte
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Hauptartikel
:
Chicago Pile
,
Atomzeitalter
und
Kerntechnik
Siehe auch
:
Forschungsreaktor
und
Kerntechnik
Im Proterozoikum kam es in wenigen Uran-Lagerstätten zu natßrlichen Kettenreaktion (siehe Naturreaktor Oklo/Naturreaktor Gabun), die jedoch keinen technisch-wirtschaftlichen Nutzen haben im Vergleich zu Kernreaktoren.
Der erste von Menschen gebaute Kernreaktor war der Chicago Pile 1, der am 2. Dezember 1942 kritisch wurde. Er war ein von Enrico Fermi und anderen Kerntechnikingenieuren entworfener experimenteller âHaufenâ von Uran und nuklearen Graphit. Er läutete das Zeitalter der Nutzung von Kernenergie ein, womit die Menschheit im Atomzeitalter angekommen war. Die Erforschung der Radioaktivität hatte bereits um 1900 begonnen.
Funktionsweise
Die Kernspaltung
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Hauptartikel
:
Kernspaltung
Zwischen den Protonen und den Neutronen eines Atomkerns wirken sehr starke anziehende Kräfte, die jedoch eine nur sehr begrenzte Reichweite haben. Daher wirkt diese Kernkraft im Wesentlichen auf die nächsten Nachbarn â weiter entfernte Nukleonen tragen zu der anziehenden Kraft nur in geringem MaĂe bei. Solange die Kernkraft grĂśĂer ist als die abstoĂende Coulombkraft zwischen den positiv geladenen Protonen, hält der Kern zusammen. Kleine Atomkerne sind stabil, wenn sie je Proton ein Neutron enthalten: 40Ca ist das schwerste stabile Nuklid mit gleicher Protonen- und Neutronenzahl. Mit zunehmender Protonenzahl wird ein immer hĂśherer NeutronenĂźberschuss zur Stabilität erforderlich; die abstoĂende Coulombkraft der Protonen untereinander wird durch die anziehende Kernkraft der zusätzlichen Neutronen kompensiert.
Fängt ein sehr schwerer Kern, etwa des Uranisotops 235U oder des Plutoniumisotops 239Pu, ein Neutron ein, so wird er durch die gewonnene Bindungsenergie zu einem hoch angeregten, instabilen 236U- beziehungsweise 240Pu-Kern. Solche hochangeregten schweren Kerne regen sich mit extrem kurzen Halbwertszeiten durch Kernspaltung ab. Anschaulich gesagt gerät der Kern durch die Neutronenabsorption wie ein angestoĂener Wassertropfen in Schwingungen und zerreiĂt in (meist) zwei BruchstĂźcke (mit einem Massenverhältnis von etwa 2 zu 3), die mit hoher Bewegungsenergie auseinanderfliegen; auĂerdem werden etwa zwei bis drei schnelle Neutronen frei. Diese Neutronen stehen nach Abbremsung durch eine Moderatorsubstanz fĂźr weitere Kernspaltungen zur VerfĂźgung; das ist die Grundlage der nuklearen Kettenreaktion.
Brutreaktionen
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Hauptartikel
:
Brutreaktor
Wenn Neutronen auf Kernbrennstoff treffen, finden neben der Kernspaltung unvermeidlich auch andere Kernreaktionen statt. Von besonderem Interesse sind Reaktionen, in denen Bestandteile des Kernbrennstoffs, die selbst nicht spaltbar sind, in spaltbare umgewandelt werden. Solche Reaktionen heiĂen Brutreaktionen, der Vorgang BrĂźten oder Konversion.cite-ref-4[4] Von einem Brutreaktor (auch: Schneller Reaktor oder englisch Fast reactorcite-ref-5[5] oder englisch Fast neutron reactor) spricht man allerdings erst dann, wenn mehr neues spaltbares Material erzeugt wird, als der Reaktor selbst in der gleichen Zeit verbraucht, die Konversionsrate also Ăźber 1,0 beträgt.
Der Brennstoff fast aller Kernreaktoren enthält hauptsächlich Uran. Daher ist die Brutreaktion an dem nicht spaltbaren Uranisotop 238U besonders wichtig. Das 238U wandelt sich durch Neutroneneinfang in 239U um. Dieses geht durch zwei aufeinander folgende Betazerfälle in das spaltbare Plutoniumisotop 239Pu ßber:
92 238 U + 0 1 n âś âś 92 239 U â β β â â 93 239 N p â β β â â 94 239 P u {\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow {\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow {\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }
Das 239Pu wird teilweise noch im Reaktor wieder gespaltencite-ref-6[6], teilweise kann es aber durch Aufarbeitung des gebrauchten Brennstoffes abgetrennt und zu anderen Zwecken verwendet werden.
Falls das abgetrennte Plutonium zu Kernwaffenzwecken dienen soll (Waffenplutonium), muss es isotopisch mÜglichst rein sein, d. h., es darf nicht zu viel 240Pu enthalten. Dieses nächstschwerere Plutoniumisotop entsteht, wenn der 239Pu-Atomkern ein weiteres Neutron einfängt. Daher erhält man waffenfähiges Plutonium nur aus solchen Brennelementen, die schon nach relativ kurzer Betriebszeit dem Reaktor entnommen werden.
Energiefreisetzung bei der Kernspaltung
Die neu entstandenen Kerne mittlerer Masse, die so genannten Spaltprodukte, haben eine grĂśĂere Bindungsenergie pro Nukleon als der ursprĂźngliche schwere Kern. Die Differenz der Bindungsenergien tritt grĂśĂtenteils als kinetische Energie der Spaltfragmente auf (Berechnung). Diese geben die Energie durch StĂśĂe an das umgebende Material als Wärme ab. Die Wärme wird durch ein KĂźhlmittel abgefĂźhrt und kann beispielsweise zur Stromerzeugung, Heizung oder als Prozesswärme etwa zur Meerwasserentsalzung genutzt werden.
Etwa 6 % der gesamten in einem Kernreaktor frei werdenden Energie wird in Form von Elektron-Antineutrinos frei, die praktisch ungehindert aus der Spaltzone des Reaktors entweichen und das gesamte Material der Umgebung durchdringen. Diese Teilchen ßben keine merklichen Wirkungen aus, da sie mit Materie kaum wechselwirken. Ihre Energie kann daher nicht technisch genutzt werden. Die verbleibende, nutzbare Energie aus der Spaltung von 1 Gramm U-235 beträgt etwa 0,91 MWd (Megawatt-Tage) oder 21500 Kilowattstunden.cite-ref-7[7] Dies entspricht etwa 9,5 Tonnen Braunkohle oder 1,8 Tonnen HeizÜl.cite-ref-8[8]
Kettenreaktion, thermische Neutronen, Moderator
Die Kettenreaktion besteht darin, dass Neutronen Atomkerne des Kernbrennstoffs spalten, wobei auĂer den energiereichen Spaltfragmenten auch jeweils einige neue Neutronen frei werden; diese kĂśnnen weitere Kerne spalten. Der Wirkungsquerschnitt der Kerne fĂźr Spaltung nimmt bei den meistgenutzten Brennstoffen mit abnehmender Energie, also abnehmender Geschwindigkeit des Neutrons zu: Je langsamer das Neutron ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es von einem spaltbaren Kern absorbiert wird und dieser sich anschlieĂend spaltet. Daher bremst man in den meisten Reaktoren die schnellen Neutronen aus der Kernspaltung mittels eines Moderators ab. Dies ist ein Material wie etwa Graphit, schweres oder normales Wasser, das leichte Atomkerne (kleinere Massenzahl) enthält und einen sehr niedrigen Absorptionsquerschnitt fĂźr Neutronen hat. In diesem Material werden die Neutronen durch StĂśĂe mit dessen Atomkernen stark abgebremst, aber nur selten absorbiert. Sie stehen also der Kettenreaktion weiter zur VerfĂźgung. Die Neutronen kĂśnnen bis herunter auf die Geschwindigkeiten der Kerne des Moderators abgebremst werden; deren durchschnittliche Geschwindigkeit ist nach der Theorie der Brownschen Bewegung durch die Temperatur des Moderators gegeben. Es findet also eine Thermalisierung statt. Man spricht daher statt von abgebremsten meist von thermischen Neutronen, denn die Neutronen besitzen anschlieĂend eine ähnliche thermische Energieverteilung wie die MolekĂźle des Moderators.
Thermische vs. Schnelle Reaktoren
Ein Reaktor, der zur Kernspaltung thermische Neutronen verwendet (und somit auf einen Moderator angewiesen ist), wird als Thermischer Reaktor bezeichnet. Im Gegensatz dazu nutzt ein schneller Reaktor die nicht abgebremsten, schnellen Neutronen zur Spaltung â er benĂśtigt keinen Moderator.cite-ref-10[10]cite-ref-11[11] Die schnellen Neutronen werden nicht nur direkt zur Kernspaltung fĂźr die Energiegewinnung genutzt, sondern auch zum Neutroneneinfang â womit aus nicht spaltbarem Material spaltbarer Kernbrennstoff entsteht (âerbrĂźtetâ wird). Wird ein nicht zu vernachlässigender Anteil des Materials mittels Neutronen erbrĂźtet, spricht man von einem Brutreaktor; werden dazu schnelle Neutronen genutzt, von einem Schnellen BrĂźter. Als Reaktorkonzepte werden GasgekĂźhlte (Gas-cooled Fast Reactor, GFR), NatriumgekĂźhlte (Sodium-cooled Fast Reactor, SFR) und BleigekĂźhlte (Lead-cooled Fast Reactor, LFR) Schnelle Reaktoren näher erforscht.cite-ref-12[12]
Einleitung und Steuerung der Kettenreaktion
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Hauptartikel
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Kritikalität
Im abgeschalteten Zustand, d. h. bei eingefahrenen Steuerstäben, ist der Reaktor unterkritisch. Einige freie Neutronen sind zwar stets im Reaktor vorhanden â beispielsweise freigesetzt durch Spontanspaltung von Atomkernen des Kernbrennstoffs â und lĂśsen zum Teil Spaltungen aus, aber das Anwachsen einer Kettenreaktion wird dadurch unterbunden, dass die meisten Neutronen von dem in den Steuerstäben enthaltenen Material (z. B. Bor) absorbiert werden, so dass der Multiplikationsfaktor k unter 1 liegt.
Um die Kettenreaktion bei einem frisch beladenen Reaktor (noch nie im Betrieb gewesen) in Gang zu setzen, befindet sich meist eine Neutronenquelle im Reaktor, diese besteht meist aus Californium-252 (spontan Spalter).
Zum Wiederanfahren des Reaktors werden die Steuerstäbe unter ständiger Messung des Neutronenflusses mehr oder weniger weit aus dem Reaktorkern herausgezogen, bis leichte Ăberkritikalität durch verzĂśgerte Neutronen, also eine selbsterhaltende Kettenreaktion mit allmählich zunehmender Kernreaktionsrate, erreicht ist. Neutronenfluss und Wärmeleistung des Reaktors sind proportional zur Reaktionsrate und steigen daher mit ihr an. Mittels der Steuerstäbe â bei Druckwasserreaktoren auch Ăźber die Konzentration von Borsäure im Wasser â wird der Neutronenfluss auf das jeweils gewĂźnschte Fluss- und damit Leistungsniveau im gerade kritischen Zustand eingeregelt und konstant gehalten; k ist dann gleich 1,0. Etwaige Ănderungen von k durch Temperaturanstieg oder andere EinflĂźsse werden durch Verstellen der Steuerstäbe ausgeglichen. Dies geschieht bei praktisch allen Reaktoren durch eine automatische Steuerung, die auf den gemessenen Neutronenfluss reagiert.
Der Multiplikationsfaktor 1,0 bedeutet, dass durchschnittlich gerade eines der pro Kernspaltung freiwerdenden Neutronen eine weitere Kernspaltung auslĂśst. Alle Ăźbrigen Neutronen werden entweder absorbiert â teils unvermeidlich im Strukturmaterial (Stahl usw.) und in nicht spaltbaren Brennstoffbestandteilen, teils im Absorbermaterial der Steuerstäbe, meist Bor oder Cadmium â oder entweichen aus dem Reaktor nach auĂen (Leckage).
Zum Verringern der Leistung und zum Abschalten des Reaktors werden die Steuerstäbe eingefahren, wodurch er wieder unterkritisch wird. Der Multiplikationsfaktor sinkt auf einen Wert unter 1, die Reaktionsrate nimmt ab, und die Kettenreaktion endet.
Ein verzĂśgert Ăźberkritischer Reaktor steigert seine Leistung langsam genug, dass die Regeleinrichtungen dem Vorgang folgen kĂśnnen. Falls die aktive Regelung bei wassermoderierten Reaktoren versagt, also die Kritikalität nicht auf 1 zurĂźckgeregelt wird, steigert sich die Leistung Ăźber den Nennwert hinaus. Dabei erwärmt sich der Moderator und dehnt sich in der Folge aus oder verdampft. Da moderierendes Wasser jedoch notwendig ist, um die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, kehrt der Reaktor â sofern nur das Wasser verdampft, aber die räumliche Anordnung des Brennstoffs noch erhalten geblieben ist â in den unterkritischen Bereich zurĂźck. Dieses Verhalten heiĂt eigenstabil.
Dieses Verhalten gilt beispielsweise nicht fĂźr graphitmoderierte Reaktortypen, da Graphit bei zunehmender Temperatur seine moderierenden Eigenschaften behält. Gerät ein solcher Reaktor durch Versagen der Regelungssysteme in den verzĂśgert Ăźberkritischen Bereich, so kommt die Kettenreaktion nicht zum Erliegen, und dies kann zur Ăberhitzung und ggf. ZerstĂśrung des Reaktors fĂźhren. Ein solcher Reaktor ist also nicht eigenstabil. Die Reaktoren aus Tschernobyl gehĂśrten zu dieser Bauweise, die nur noch in Russland vorhanden ist.
Im Gegensatz zum verzĂśgert Ăźberkritischen Reaktor ist ein prompt Ăźberkritischer Reaktor nicht mehr regelbar, und es kann zu schweren Unfällen kommen. Der Neutronenfluss und damit die Wärmeleistung des Reaktors steigt exponentiell mit einer Verdopplungszeit im Bereich von 10â4 Sekunden an. Die erreichte Leistung kann die Nennleistung während einiger Millisekunden um mehr als das Tausendfache Ăźbersteigen, bis sie durch die Dopplerverbreiterung im so erhitzten Brennstoff wieder gesenkt wird. Die Brennstäbe kĂśnnen durch diese Leistungsexkursion schnell auf Temperaturen Ăźber 1000 °C erhitzt werden. Je nach Bauart und den genauen Umständen des Unfalls kann dies zu schweren Schäden am Reaktor fĂźhren, vor allem durch schlagartig verdampfendes (KĂźhl-)Wasser. Beispiele fĂźr prompt Ăźberkritische Leichtwasserreaktoren und die Folgen zeigen die BORAX-Experimente oder der Unfall im US-Forschungsreaktor SL-1. Der bisher grĂśĂte Unfall durch einen zumindest in Teilbereichen prompt Ăźberkritischen Reaktor war die Nuklearkatastrophe von Tschernobyl, bei der unmittelbar nach der Leistungsexkursion schlagartig verdampfende FlĂźssigkeiten, Metalle und der anschlieĂende Graphitbrand zu einer weiträumigen Verteilung des radioaktiven Inventars gefĂźhrt haben.
Die automatische Unterbrechung der Kettenreaktion bei einer Leistungsexkursion eines wassermoderierten Reaktors ist, anders als gelegentlich behauptet, kein Garant dafĂźr, dass es nicht zu einer Kernschmelze kommt, denn bei zusätzlichem Versagen aller aktiven KĂźhleinrichtungen reicht die Nachzerfallswärme aus, um diese herbeizufĂźhren. Aus diesem Grunde sind die KĂźhlsysteme redundant und diversitär ausgelegt. Eine Kernschmelze wird als AuslegungsstĂśrfall seit dem Unfall in Three Mile Island bei der Planung von Kernkraftwerken berĂźcksichtigt und ist prinzipiell beherrschbar. Wegen der durch die Leistungsexkursion eventuell veränderten geometrischen Anordnung des Reaktorkerns ist erneute Kritikalität allerdings nicht grundsätzlich auszuschlieĂen.
Unterkritisch arbeitende Reaktoren
Eine Kettenreaktion mit gleichbleibender Reaktionsrate kann auch in einem unterkritischen Reaktor erreicht werden, indem man freie Neutronen aus einer unabhängigen Neutronenquelle einspeist. Ein solches System wird manchmal als getriebener Reaktor bezeichnet. Wenn die Neutronenquelle auf einem Teilchenbeschleuniger beruht, also jederzeit abschaltbar ist, bietet das Prinzip verbesserte Sicherheit gegen ReaktivitätsstÜrfälle. Die Nachzerfallswärme (siehe unten) tritt hier jedoch ebenso wie beim kritisch arbeitenden Reaktor auf; Vorkehrungen zur Beherrschung von Kßhlungsverlust-StÜrfällen sind hier also ebenso nÜtig wie bei den ßblichen Reaktoren.
Getriebene Reaktoren sind gelegentlich zu Versuchszwecken gebaut und betrieben worden.cite-ref-13[13]cite-ref-14[14] Sie werden als GroĂanlagen zur Energiegewinnung und gleichzeitigen Transmutation von Reaktorabfall (siehe Accelerator Driven System) entworfen und in diesem Fall manchmal als Hybridreaktoren bezeichnet. In ihnen kĂśnnten die in Reaktoren entstehenden schwereren Actinoide, deren Generationenfaktor fĂźr eine kritische Kettenreaktion zu klein ist, als Kernbrennstoffe genutzt werden.cite-ref-15[15]
Emissionen
Durch einen Fortluft-Kamin und das Abwasser werden auch im Normalbetrieb ständig entstehende, radioaktive Verunreinigungen (Tritium, radioaktives Jod) in die Umgebung geleitet.cite-ref-16[16] Diesbezßglich wird vermutet, dass Häufungen von Krebs-Fallzahlen ursächlich mit diesen Emissionen zusammenhängen.
Nachzerfallswärme
Wird ein Reaktor abgeschaltet, so wird durch den radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte weiterhin Wärme produziert. Die Leistung dieser so genannten Nachzerfallswärme entspricht anfänglich etwa 5â10 % der thermischen Leistung des Reaktors im Normalbetrieb und klingt in einem Zeitraum von einigen Tagen grĂśĂtenteils ab. Häufig wird dafĂźr der Begriff Restwärme verwendet, welcher aber irrefĂźhrend ist, denn es handelt sich nicht um die verbleibende aktuelle Hitze des Reaktorkerns, sondern um zusätzliche Wärmeproduktion, die durch die weiterlaufenden Zerfallsreaktionen hervorgerufen wird.
Um die Nachzerfallswärme in Notfällen (bei ausgefallenem Hauptkßhlsystem) sicher abfßhren zu kÜnnen, besitzen alle Kernkraftwerke ein aufwändiges Not- und Nachkßhlsystem. Sollten jedoch auch diese Systeme versagen, kann es durch die steigenden Temperaturen zu einer Kernschmelze kommen, bei der Strukturteile des Reaktorkerns und unter Umständen Teile des Kernbrennstoffs schmelzen. Dies war der Fall bei den Kernschmelzen in Fukushima, da dort bedingt durch einen kompletten Ausfall der Stromversorgung sämtliche aktiven Kßhlsysteme zum Erliegen kamen.
Kernschmelze
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Hauptartikel
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Kernschmelze
Wenn Brennstäbe niederschmelzen und dadurch eine Zusammenballung von Brennstoff entsteht, nimmt der Multiplikationsfaktor zu, und es kann zu einer schnellen unkontrollierten Aufheizung kommen. Um diesen Prozess zu verhindern oder wenigstens zu verzĂśgern, werden in einigen Reaktoren die im Reaktorkern verarbeiteten Materialien so gewählt, dass ihr Neutronen-AbsorptionsvermĂśgen mit steigender Temperatur anwächst, die Reaktivität also abnimmt. Bei Leichtwasserreaktoren, die fast 90 % des gesamten Atomstroms liefern, ist eine Kernschmelze im Betrieb nicht mĂśglich, da die Kernspaltungskettenreaktion nur in Anwesenheit von Wasser stattfindet. Eine Kernschmelze ist jedoch bei mangelnder KĂźhlung im ausgeschalteten Reaktor aufgrund der Nachzerfallswärme mĂśglich, wenn auch Ăźber längere Zeiträume. Der Fall der Kernschmelze wird als grĂśĂter anzunehmender Unfall (GAU) betrachtet, also als der schwerste Unfall, der bei der Planung der Anlage in Betracht zu ziehen ist und dem sie ohne Schäden fĂźr die Umgebung standhalten muss. Solch ein Unfall ereignete sich beispielsweise im Kernkraftwerk Three Mile Island.
Den schlimmsten Fall, dass zum Beispiel das Reaktorgebäude nicht standhält und eine grĂśĂere, die zulässigen Grenzwerte weit Ăźberschreitende Menge radioaktiver Stoffe austritt, bezeichnet man als Super-GAU. Dies geschah zum Beispiel 1986 bei der Katastrophe von Tschernobyl und 2011 bei der Katastrophe von Fukushima.
Als inhärent sicher gegen Kernschmelzen gelten beim derzeitigen Stand der Technik nur bestimmte Hochtemperaturreaktoren geringerer Leistung und Leistungsdichte. Ganz allgemein inhärent sicher ist aber dieser Reaktortyp auch nicht, da Unfälle wie Graphitbrand oder Wassereinbruch katastrophale Folgen haben kÜnnten.
Die Leistungsdichte in MW/m³ (Megawatt thermischer Leistung pro Kubikmeter Reaktorkern) bestimmt, welche technischen Vorsorgen getroffen werden mßssen, um nach einer Schnellabschaltung die anfallende Nachzerfallswärme abzufßhren. Typische Leistungsdichten sind fßr gasgekßhlte Hochtemperaturreaktoren 6 MW/m³, fßr Siedewasserreaktoren 50 MW/m³ und fßr Druckwasserreaktoren 100 MW/m³.
Der Europäische Druckwasserreaktor (EPR) hat unterhalb des Druckbehälters zur Sicherheit fßr den Fall einer Kernschmelze ein besonders geformtes Keramikbecken, den Core-Catcher. In diesem soll das geschmolzene Material des Reaktorkerns aufgefangen, aber an einer Zusammenballung gehindert und durch eine spezielle Kßhlung abgekßhlt werden.
Reaktortypen
Die ersten Versuchsreaktoren waren einfache Stapel aus spaltbarem Material. Ein Beispiel ist der Reaktor Chicago Pile, in dem unter der Leitung von Enrico Fermi die erste kontrollierte Kernspaltung stattfand.cite-ref-17[17]cite-ref-18[18] Moderne Reaktoren werden nach ihrer Bauart, dem verwendeten Brennstoff, der Moderation und der Art der Wärmeabfuhr (Kßhlung) unterschieden.
Nach Funktionsweise
Leichtwasserreaktor
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Hauptartikel
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Leichtwasserreaktor
Mit normalem leichten Wasser moderierte Reaktionen finden im Leichtwasserreaktor (LWR) statt, der als Siedewasserreaktor (SWR) oder Druckwasserreaktor (DWR) ausgelegt sein kann. Leichtwasserreaktoren erzeugen fast 90 % der Kernenergie weltweit (68 % DWR, 20 % SWRcite-ref-19[19]). Eine Weiterentwicklung des Vor-Konvoi, Konvoi (die deutschen DWR) und des N4 ist der Europäische Druckwasserreaktor (EPR). Ein russischer Druckwasserreaktor ist der WWER. Leichtwasserreaktoren benÜtigen angereichertes Uran, Plutonium oder Mischoxide (MOX) als Brennstoff. Ein Leichtwasserreaktor war auch der Naturreaktor Oklo.
Wesentliches Merkmal des Leichtwasserreaktors ist der negative Dampfblasenkoeffizient: Wasser ist KĂźhlmittel und zum Teil Moderator.
Die Brennelemente des LWR sind empfindlich gegenĂźber thermodynamischen und mechanischen Belastungen. Um entsprechende Schäden zu vermeiden, sind ausgeklĂźgelte, technische und betriebliche SchutzmaĂnahmen erforderlich, welche die Auslegung des Kernkraftwerkes in Gänze prägen. Gleiches gilt fĂźr den Reaktordruckbehälter mit seinem Risiko des Berstens. Die verbleibenden Restrisiken der Kernschmelze der Brennelemente aufgrund der Nachzerfallswärme und des Berstens des Reaktordruckbehälters wurden in der Kernenergiewirtschaft wegen der Unwahrscheinlichkeit ihres Eintretens lange Zeit als irrelevant erklärt, zum Beispiel von Heinrich Mandel.cite-ref-20[20]
Schwerwasserreaktor
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Hauptartikel
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Schwerwasserreaktor
Mit schwerem Wasser moderierte Schwerwasserreaktoren erfordern eine groĂe Menge des teuren schweren Wassers, kĂśnnen aber mit natĂźrlichem, nicht angereichertem Uran betrieben werden. Der bekannteste Vertreter dieses Typs ist der in Kanada entwickelte CANDU-Reaktor.
Graphit-Gas-Reaktortypen
Gasgekßhlte graphitmoderierte Reaktoren (englisch: GCR stehend fßr: Gas-Cooled Reactor) wurden bereits in den 1950er-Jahren entwickelt, zunächst primär fßr militärische Zwecke (Plutoniumproduktion). Sie sind ebenfalls die ältesten kommerziell genutzten Kernreaktoren; das Kßhlmittel ist in diesem Fall Kohlenstoffdioxid. Als bekannter Vertreter gelten die Magnox-Reaktoren, bei denen die Brennstabhßlle aus einer Magnesiumlegierung besteht.
Am 30. Dezember 2015 wurde Wylfa-1 als letzter der britischen Magnox-Reaktoren stillgelegt.cite-ref-21[21] Ăhnliche Anlagen (UNGG-Reaktor) wurden auch in Frankreich betrieben, sind aber inzwischen alle abgeschaltet.
Am 17. Oktober 1969 schmolzen kurz nach Inbetriebnahme des Reaktors 50 kg Brennstoff im gasgekĂźhlten Graphitreaktor des franzĂśsischen Kernkraftwerks Saint-Laurent A1 (450 MWel).cite-ref-22[22] Der Reaktor wurde daraufhin 1969 stillgelegt. Die heutigen Reaktoren des Kernkraftwerks sind Druckwasserreaktoren.
Ein Nachfolger der Magnox-Reaktoren ist der in GroĂbritannien entwickelte Advanced Gas-cooled Reactor (AGR). Im Unterschied zu den Magnox-Reaktoren verwendet er leicht angereichertes Urandioxid statt Uranmetall als Brennstoff. Dies ermĂśglicht hĂśhere Leistungsdichten und KĂźhlmittelaustrittstemperaturen und damit einen besseren thermischen Wirkungsgrad. AGR haben mit 42 % den hĂśchsten Wirkungsgrad aller bisherigen Kernkraftwerke erzielt.
Hochtemperaturreaktoren (HTR) nutzen ebenfalls Graphit als Moderator; als Kßhlmittel wird Helium-Gas verwendet. Eine mÜgliche Bauform des Hochtemperaturreaktors ist der Kugelhaufenreaktor nach Farrington Daniels und Rudolf Schulten, bei dem der Brennstoff vollständig in Graphit eingeschlossen ist. Dieser Reaktortyp galt lange als einer der sichersten, da hier bei einem Versagen der Not- und Nachkßhlsysteme eine Kernschmelze aufgrund des hohen Schmelzpunktes des Graphits unmÜglich ist. Allerdings gibt es eine Reihe anderer schwerwiegender Unfalltypen wie Wassereinbruch oder Lufteinbruch mit Graphitbrand, welche die behaupteten Sicherheitsvorteile in Frage stellen, wie Rainer Moormann herausstellte, der dafßr den Whistleblowerpreis 2011 erhielt. Eine Reihe ungelÜster praktischer Probleme hat die kommerzielle Umsetzung des Konzepts verhindert. Hinzu kommt, dass die Anlagekosten des HTR hÜher als die des Leichtwasserreaktors sind. In Deutschland forschte man am Versuchskernkraftwerk AVR (Jßlich) und baute das Prototypkraftwerk THTR-300 in Schmehausen, letzteres mit einem Reaktordruckbehälter aus Spannbeton. Beide wurden 1989 stillgelegt.
Die sowjetischen Reaktoren vom Typ DruckrÜhrenreaktor (HWCR), dazu zählt der Reaktortyp RBMK, nutzen ebenfalls Graphit als Moderator, jedoch leichtes Wasser als Kßhlmittel. Hier liegt der Graphit in BlÜcken vor, durch die zahlreiche Kanäle gebohrt sind, in denen sich DruckrÜhren mit den Brennelementen und der Wasserkßhlung befinden. Dieser Reaktortyp ist träge (man braucht viel Zeit zum Regeln) und unsicherer als andere Typen, da der Dampfblasenkoeffizient positiv ist: Anders als bei Leichtwasserreaktoren bedeutet ein Kßhlmittelverlust hier nicht Moderatorverlust, verringert aber die Neutronenabsorption durch das Kßhlmittel; er erhÜht also die Reaktivität, statt sie zu verringern. Die dadurch erhÜhte Wärmeleistung ohne genßgende Kßhlung kann schnell zur Kernschmelze fßhren. Der havarierte Reaktor in Tschernobyl war von diesem Typ (RBMK). Reaktoren dieser Art sind heutzutage nur noch in Russland zu finden und wurden nach dem Tschernobyl-Unfall um- bzw. aufgerßstet mit dem Ziel, den Void-Koeffizient weiter zu reduzieren.cite-ref-23[23] Die Planung der Stilllegung der Anlagen ist laufend.cite-ref-24[24]cite-ref-25[25]
Brutreaktor
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Hauptartikel
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Brutreaktor
Weiterhin gibt es Brutreaktoren (Schnelle Brßter), in denen zusätzlich zur Energiefreisetzung 238U so in 239Pu umgewandelt wird, so dass mehr neues Spaltmaterial entsteht als zugleich verbraucht wird. Diese Technologie ist sicherheitstechnisch anspruchsvoller als die der anderen Typen. Ihr Vorteil ist, dass auch 238U genutzt wird, statt nur das wesentlich seltenere 235U; die Uranvorräte der Erde kÜnnen damit 50- bis 100-mal besser ausgenutzt werden. Brutreaktoren arbeiten mit schnellen Neutronen und verwenden flßssiges Metall wie Natrium als Kßhlmittel.
Kleinere nicht brĂźtende Reaktoren mit FlĂźssigmetallkĂźhlung (Blei-Bismut-Legierung) wurden in sowjetischen U-Booten eingesetzt.
FlĂźssigsalzreaktor
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Hauptartikel
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FlĂźssigsalzreaktor
In einem Flßssigsalzreaktor (englisch MSR fßr molten salt reactor oder auch LFTR fßr Liquid Fluoride Thorium Reactor) wird eine Salzschmelze, die den Kernbrennstoff (beispielsweise Thorium und Uran) enthält, in einem Kreislauf umgewälzt. Die Schmelze ist gleichzeitig Brennstoff und Kßhlmittel. Dieser Reaktortyp ist jedoch nicht ßber das Experimentierstadium hinausgekommen.
Zugunsten von Flßssigsalzreaktoren sind verschiedene Sicherheits- und Nachhaltigkeitsargumente vorgebracht worden: Die verwendeten Fluoridsalze sind nicht wasserlÜslich, was eine Kontamination der Umgebung bei Unfällen erschwert. Als Brutreaktoren kÜnnen die Flßssigsalzreaktoren den Brennstoff sehr effizient verwenden sowie mit einem breiten Spektrum an Brennstoffen betrieben werden. Diese Reaktoren wurden in den 60er Jahren in den USA fßr den Antrieb fßr Flugzeuge erforscht. Die Entwicklung wurde etwa 1975 aufgegeben, vor allem wegen Korrosionsproblemen. Erst in den 2000er Jahren wurde das Konzept wieder aufgegriffen, auch in den Generation-IV-Konzepten.
Sondertypen
Es gibt weiterhin einige Sondertypen fĂźr spezielle Anwendungen. So wurden kleine Reaktoren mit hochangereichertem Brennstoff fĂźr die Stromversorgung von RaumflugkĂśrpern konstruiert, die ohne flĂźssiges KĂźhlmittel auskommen. Diese Reaktoren sind nicht mit den Isotopenbatterien zu verwechseln. LuftgekĂźhlte Reaktoren, die stets hochangereicherten Brennstoff erfordern, zum Beispiel fĂźr physikalische Versuche im BREN-Tower in Nevada, wurden gebaut. Es wurden Reaktoren fĂźr den Antrieb von Raumfahrzeugen konstruiert, bei denen flĂźssiger Wasserstoff zur KĂźhlung des Brennstoffes dient. Allerdings kamen diese Arbeiten Ăźber Bodentests nicht hinaus (Projekt NERVA, Projekt Timberwind). Ebenfalls nicht Ăźber das Versuchsstadium hinaus kamen Reaktoren, bei denen der Brennstoff in gasfĂśrmiger Form vorliegt (Gaskernreaktor).
Derzeit wird weltweit aktiv an neuen Reaktorkonzepten gearbeitet, den Generation-IV-Konzepten, insbesondere mit Blick auf den erwarteten wachsenden Energiebedarf. Diese sollen besondere Kriterien von Nachhaltigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit erfßllen. Insbesondere wird durch Brutreaktoren eine deutlich hÜhere Effizienz in der Ausnutzung vom Brennstoff erzielt und eine geringere Menge an radioaktivem Abfall. Das Risiko der Kernschmelze durch die Nachzerfallswärme wird mit einer ausreichend starken passiven Kßhlung auf Null reduziert. Die ersten Reaktoren der Generation IV sollen nach 2030 zum Einsatz kommen.cite-ref-roadmap-update-2014-26-0[26]
Ein weiterer, zurzeit noch im Experimentalstadium befindlicher Reaktortyp ist der Laufwellen-Reaktor. Dieses Konzept verspricht, sofern die Umsetzung gelingen sollte, eine vielfach effizientere Nutzung des Kernbrennstoffs sowie die massive Reduzierung der Problematik des radioaktiven Abfalls, da ein Laufwellen-Reaktor mit radioaktivem Abfall betrieben werden kĂśnnte und diesen dabei systematisch aufbrauchen wĂźrde.
Naturreaktor Oklo
Eine Kernspaltungs-Kettenreaktion erfordert nicht notwendigerweise komplexe technische Systeme. Sie kann sich unter bestimmten â wenn auch seltenen â Umständen in der Natur entwickeln. 1972 entdeckten franzĂśsische Forscher in der Region Oklo des westafrikanischen Landes Gabun die Ăberreste des natĂźrlichen Kernreaktors Oklo, der vor etwa zwei Milliarden Jahren, im Proterozoikum, durch Naturvorgänge entstanden war.cite-ref-27[27] Insgesamt wurden bisher in Oklo und einer benachbarten Uranlagerstätte Beweise fĂźr frĂźhere Spaltungsreaktionen an 17 Stellen gefunden.
Eine Voraussetzung fßr das Zustandekommen der natßrlich abgelaufenen Spaltungs-Kettenreaktionen war der im Erdaltertum viel hÜhere natßrliche Anteil an spaltbarem 235U im Uran. Er betrug damals ca. 3 %. Auf Grund der kßrzeren Halbwertszeit von 235U gegenßber 238U beträgt der natßrliche Gehalt von 235U im Uran derzeit nur noch etwa 0,7 %. Bei diesem geringen Gehalt an spaltbarem Material kÜnnen neue kritische Spaltungs-Kettenreaktionen auf der Erde nicht mehr natßrlich vorkommen.
Ausgangspunkt fĂźr die Entdeckung des Oklo-Reaktors war die Beobachtung, dass das Uranerz aus der Oklo-Mine einen geringfĂźgig kleineren Gehalt des Isotops Uran-235 als erwartet aufwies. Die Wissenschaftler bestimmten daraufhin die Mengen verschiedener Edelgasisotope, die in einer Materialprobe der Oklo-Mine eingeschlossenen waren, mit einem Massenspektrometer. Aus der Verteilung der verschiedenen bei der Uranspaltung entstehenden Xenonisotope in der Probe ergab sich, dass die Reaktion in Pulsen abgelaufen ist. Der ursprĂźngliche Urangehalt des Gesteins fĂźhrte mit der Moderatorwirkung des in den Spalten des uranhaltigen Gesteins vorhandenen Wassers zur Kritikalität. Die dadurch freigesetzte Wärme im Gestein erhitzte das Wasser in den Spalten, bis es schlieĂlich verdampfte und nach Art eines Geysirs entwich. Infolgedessen konnte das Wasser nicht mehr als Moderator wirken, so dass die Kernreaktion zum Erliegen kam (Ruhephase). Daraufhin sank die Temperatur wieder ab, so dass frisches Wasser einsickern und die Spalten wieder auffĂźllen konnte. Dies schuf die Voraussetzung fĂźr erneute Kritikalität, und der Zyklus konnte von vorne beginnen. Berechnungen zeigen, dass auf die etwa 30 Minuten dauernde aktive Phase (Leistungserzeugung) eine Ruhephase folgte, die mehr als zwei Stunden anhielt. Auf diese Weise wurde die natĂźrliche Kernspaltung fĂźr etwa 500.000 Jahre in Gang gehalten, wobei Ăźber fĂźnf Tonnen Uran-235 verbraucht wurden. Die Leistung des Reaktors lag (im Vergleich zu den heutigen Megawatt-Reaktoren) bei geringen 100 Kilowatt.
Der Naturreaktor von Oklo wurde fßr die Beurteilung der Sicherheit von Endlagerungen fßr Radionuklide (Atommßll) herangezogen. Die dort beobachtete geringe Migration einiger Spaltprodukte und des erbrßteten Plutoniums ßber Milliarden Jahre hinweg wurden von Kernenergiebefßrwortern so interpretiert, dass atomare Endlager in einem ähnlichen Gestein mÜglicherweise ßber lange Zeiträume hinreichend sicher sind.
Einordnung der Kernreaktoren nach Generationen
Leistungsreaktoren werden nach Entwicklungsstand und Inbetriebnahme in Generationen gegliedert.cite-ref-28[28]
Generation I
Generation II
Die meisten, kommerziellen Kraftwerke von ca. 1965 bis Mitte der 1990er Jahre. Hauptsächlich konstruiert und gebaut in Europa, Russland, Japan und USA. Die Reaktoren wurden fßr eine Betriebsdauer von ursprßnglich 30 bis 40 Jahren konzipiert und erhielten (abhängig von lokalen Regulierungen) teilweise Laufzeitverlängerungen fßr 50 bis 60 Jahre. Sie sind als Evolutionsstufe der Generation I zu sehen. Bis vor der Nuklearkatastrophe von Fukushima wurden sie als das Rßckgrat der Nuklearindustrie angesehen, der Hauptaspekt lag auf passiver Sicherheit, welcher sich in vielen Teilen als mangelhaft herausgestellt hat. Beispiele sind verschiedene Typen von Druck- und Siedewasserreaktoren, CANDU oder AGRs.
Generation III
Kommerzielle Reaktoren ab Mitte der 1990er Jahre bis 2016. Vorrangig evolutionäre Verbesserungen an bestehenden Reaktor-Designs der Generation II.
Der Fokus lag besonders auf der Standardisierung von Reaktortypen und Reduktion der Investitionskosten und Bauzeit. Zudem wurde ein hÜherer Lastfaktor und eine längere Lebensdauer (ca. 60 Jahre) angestrebt. Aufgrund der entdeckten Sicherheitsdefizite in Generation II Reaktoren wurden zudem die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert, besonders im Hinblick auf Naturkatastrophen, Terroranschläge wie z. B. Flugzeugabstßrze. Weiters wurde die Brennstoffeffizienz verbessert um hÜhere Abbrandraten bzw. einen geringeren Anreicherungsgrad zu ermÜglichen und zusätzlich die Nutzung von Mischoxidbrennelementen (MOX) zu erleichtern.
Beispiele sind z. B. der Advanced Boiling Water Reactor sowie das System 80+.
Generation III+
Generation IV
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Hauptartikel
:
Generation IV International Forum
Während die Forschung und Entwicklung von Kernkraftwerken frßherer Generationen eine weitgehend nationale Aufgabe war, wurde im Jahr 2000 mit dem Generation IV International Forum ein Forschungsverbund gegrßndet, der die internationale Zusammenarbeit intensiviert. Die Initiative dazu ging vom Amt fßr Kernenergie, Wissenschaft und Technologie des US-Energieministeriums (englisch: United States Department of Energy) aus. Die Kraftwerke der IV. Generation sollen hohe Anforderungen an Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit erfßllen. Die Anzahl der zukßnftigen Reaktortypen wurde auf sechs beschränkt. Ursprßnglich war das Ziel, die ersten Prototypen um 2020 in Betrieb zu nehmen. Dieser Termin wurde auf 2030 verschoben,cite-ref-roadmap-update-2014-26-2[26] die ersten kommerziellen Anlagen werden nicht vor 2040 bis 2050 erwartet (Stand 2014).cite-ref-31[31]
Anwendungen
Die meisten Kernreaktoren dienen der Erzeugung von elektrischer (selten: nur thermischer) Energie in Kernkraftwerken. Daneben werden Kernreaktoren zur Erzeugung von Radionukliden zum Beispiel fĂźr die Nutzung in Radioisotopengeneratoren oder in der Nuklearmedizin verwendet. Dabei werden die gesuchten Nuklide
⢠entweder, sofern sie in den Spaltprodukten vorkommen, aus dem abgebrannten Brennstoff extrahiert
⢠oder gezielt erzeugt, indem stabile Isotope der betreffenden Elemente der im Kernreaktor herrschenden Neutronenstrahlung ausgesetzt werden (siehe Neutroneneinfang).
Die wichtigste im Reaktor stattfindende Stoffumwandlungs-Reaktion (neben der Erzeugung von Spaltprodukten) ist die Erbrßtung von Plutonium-239 aus Uran-238. Sie erfolgt unvermeidlich in jedem Reaktor, weil der eigentliche Kernbrennstoff, z. B. Uran-235, zu wenigen Prozent in den Brennstoffpellets gemischt mit nicht spaltbarem Uran-238 zum Einsatz kommt (vgl. Uran-Anreicherung). Es gibt aber speziell dafßr optimierte militärische Reaktoren, die insbesondere auf die Entnahme des Brennstoffs nach nur kurzem Betrieb eingerichtet sind, so dass 239Pu mit nur geringem Gehalt an 240Pu verfßgbar wird.
Kernreaktoren dienen auch als intensive regulierbare Neutronenquellen fĂźr physikalische Untersuchungen aller Art, vgl. z. B. die Anlage FRM II.
Eine weitere Anwendung ist der Antrieb von Fahrzeugen (Kernenergieantrieb) wie Schiffe, insbesondere Flugzeugträger oder U-Boote. Aber sonst findet diese Form der Energieerzeugung in Fahrzeugen kaum noch Anwendung.
Vor allem in den 1960er Jahren wurde Energieversorgung mancher RaumflugkĂśrper Ăźber einen Kernreaktor gelĂśst. Diese wurden heute weitgehend durch Radionuklidbatterien abgelĂśst. JĂźngste Bestrebungen aus dem Jahr 2020 der NASA tendieren jedoch wieder zu Kernreaktor zu entwickeln. Ziel ist hierbei ein 10 kW Kernreaktor zum Einsatz auf dem Mond.cite-ref-32[32]
Sicherheit und Politik
â
Hauptartikel
:
Reaktorsicherheit
,
AtomaufsichtsbehĂśrde
und
Atomausstieg
Das von Kernreaktoren ausgehende Gefahrenpotenzial sowie die bislang ungelĂśste Frage der Lagerung der anfallenden radioaktiven Abfälle haben nach Jahren der Euphorie seit den 1970er-Jahren in vielen Ländern zu Protesten von Atomkraftgegnern und zu einer Neubewertung der Kernenergie gefĂźhrt. Während in den 1990er-Jahren vor allem in Deutschland der Ausstieg aus der Kernenergie propagiert wurde, fand etwa 2000 bis 2010 vor dem Hintergrund der verblassenden Erinnerungen an die Risiken (die Katastrophe von Tschernobyl lag 20 Jahre zurĂźck) ein Versuch statt, die Atomkraft wieder gesellschaftsfähig zu machen. Anlass ist die durch internationale Verträge geforderte Reduktion des CO2-AusstoĂes bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Dem steht ein wachsender Energiebedarf aufstrebender Volkswirtschaften wie China gegenĂźber.
Aus diesen GrĂźnden entschlossen sich einige europäische Staaten, in neue Kernkraftwerke zu investieren. So begannen 2005 der deutsche Konzern Siemens und die franzĂśsische Gruppe Areva einen Druckwasserreaktor vom Typ EPR im finnischen Olkiluoto zu bauen, der 2022 ans Netz ging. Russland beabsichtigte seine alten Kernkraftwerke zu erneuern und mindestens zehn Jahre lang pro Jahr einen neuen Reaktorbau zu beginnen. Mitte 2022 sind allerdings nur zwei Reaktoren im Bau. In Frankreich wird seit Ende 2004 an einem neuen EPR-Reaktor fĂźr das Kernkraftwerk Flamanville gebaut. Schweden stoppte seine Pläne zum Atomausstieg. Daneben gibt es kleinere und grĂśĂere Neubauprojekte im Iran, der Volksrepublik China, Indien, Nordkorea, TĂźrkei und anderen Staaten (Hauptartikel: Kernenergie nach Ländern). AuĂerdem sind viele Länder im Forschungsverbund Generation IV International Forum bei der Entwicklung von sechs neuen Reaktortypen, die hĂśhere Nachhaltigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit garantieren sollen.
Die atomaren Unfälle in dem japanischen Kraftwerk Fukushima-Daiichi in der Folge des Magnitude-9-Erdbebens und darauffolgenden Tsunami vom 11. März 2011 brachten hierzu fast Ăźberall neue Ăberlegungen in Gang. Anders als beim Unfall in Tschernobyl, in einem graphitmoderierten RBMK Reaktor, zeigten die Unfälle in Fukushima eine Schwäche von Leichtwasserreaktoren, der häufigsten Bauart.
Die Lebensdauer von Kernreaktoren ist nicht unbegrenzt. Besonders der Reaktordruckbehälter ist ständiger Neutronenstrahlung ausgesetzt, die zur VersprÜdung des Materials fßhrt. Wie schnell das geschieht, hängt unter anderem davon ab, wie die Brennelemente im Reaktor angeordnet sind und welchen Abstand sie zum Reaktordruckbehälter haben. Die Kernkraftwerke Stade und Obrigheim wurden deshalb als erste vom Netz genommen, weil hier dieser Abstand geringer war als bei anderen, neueren Kernreaktoren. Zurzeit versuchen die Betreiber von Kernkraftwerken, durch eine geschickte Beladung mit Brennelementen und zusätzliche Moderatorstäbe die Neutronenbelastung des Reaktordruckbehälters zu reduzieren. Unter anderem das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf erforscht diese Problematik.cite-ref-33[33]
Siehe auch
Listen
Literatur
Siehe auch
:
Kernenergie
,
Reaktorphysik
und
Kernkraftwerk
Siehe auch
:
Reaktorsicherheit
,
Forschungsreaktor
und
Leichtwasserreaktor
Standardliteratur
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⢠Serge Marguet: The Technology of Pressurized Water Reactors: From the Nautilus to the EPR. Springer International Publishing, Cham 2022, ISBN 978-3-03086637-2, doi:10.1007/978-3-030-86638-9 (englisch).
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Klassiker
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⢠James K. Pickard: Nuclear Power Reactors (= The Geneva Series on the Peaceful Uses of Atomic Energy). D. Van Nostrand Company, 1957 (englisch, archive.org).
⢠Joseph R. Dietrich, Walter H. Zinn: Solid Fuel Reactors (= Addison-Wesley Books in Nuclear Science and Metallurgy). Addison-Wesley, 1958 (englisch).
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Weblinks
Wiktionary: Kernreaktor
â Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Ăbersetzungen
Commons
: Kernreaktoren
â Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
⢠Suche nach Kernreaktor. In: Deutsche Digitale Bibliothek
⢠Suche nach Kernreaktor im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
⢠Suche nach Kernreaktor im Online-Katalog der Staatsbibliothek zu Berlin â PreuĂischer Kulturbesitz
⢠IAEA: Advanced Reactor Information System (ARIS). Abgerufen am 10. Februar 2025 (englisch).
⢠IAEA: The Database on Nuclear Power Reactors. Abgerufen am 10. Februar 2025 (englisch).
Einzelnachweise
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