Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

Ein Kernkraftwerk ist eine Industrieanlage, die Strom erzeugt, indem sie Kernenergie nutzt, die während einer Kernspaltungskettenreaktion in einem Reaktorbehälter als Wärmeenergie freigesetzt wird. Viele Menschen wissen nicht, wie ein Kernkraftwerk funktioniert.

Aus diesem Grund informieren wir Sie ausführlich wie ein Kernkraftwerk von innen funktioniert.

Hauptelemente des Kernkraftwerks

Der Kernreaktor ist das Hauptelement eines Kraftwerks, da er Kernbrennstoff (normalerweise Uran) enthält und mit Systemen ausgestattet ist, die den Start, die Aufrechterhaltung und die kontrollierte Beendigung der Kernreaktion ermöglichen. Der Betrieb eines Kernkraftwerks ähnelt dem eines herkömmlichen Wärmekraftwerks, bei dem Wärmeenergie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird. Im Gegensatz dazu gewinnt ein Kernreaktor Wärmeenergie aus Kettenreaktionen der Kernspaltung, die innerhalb der im Kernbrennstoff vorhandenen Uranatome ablaufen.

Die erzeugte Wärmeenergie wird verwendet, um Wasser zu erhitzen, bis es den Verdampfungspunkt erreicht und bei hohem Druck und hoher Temperatur zu Dampf wird. Dieser Dampf Es treibt eine Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist, der die durch die Rotation der Turbine erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Obwohl es mehrere Arten von Kernreaktoren gibt, stechen zwei spezifische Bauarten hervor, die zusammen mehr als 80 % der fast 450 in Betrieb befindlichen Reaktorblöcke weltweit ausmachen: der Druckwasserreaktor (PWR) und der Druckwasserreaktor (BWR).

Betrieb eines Druckwasserreaktors (DWR)

Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Kernspaltung die Kerne schwerer Atome, die von Neutronen getroffen werden, in kleinere, leichtere Kerne zerfallen. Dieser Prozess setzt die Energie frei, die Protonen und Neutronen bindet, und führt zur Emission von zwei oder drei Neutronen. Diese Neutronen emittieren Sie sind in der Lage, durch die Wechselwirkung mit anderen schweren Kernen weitere Spaltungen auszulösen, die wiederum mehr Neutronen freisetzen und so den Zyklus aufrechterhalten. Dieser Kaskadeneffekt ist als Kettenreaktion der Kernspaltung bekannt.

Der Betrieb eines Kernkraftwerks lässt sich in folgende Phasen zusammenfassen:

• Im Kernreaktor Das Uran wird gespalten, wodurch eine beträchtliche Energiemenge erzeugt wird, die das durch das System zirkulierende Hochdruck-Kühlwasser erhitzt. Dieses erhitzte Wasser wird dann durch den Primärkreislauf zu einem Wärmetauscher, einem sogenannten Dampferzeuger, transportiert, wo es die Produktion von Wasserdampf ermöglicht.
• Die Turbinen-Generator-Anordnung erhält den Dampf über einen Sekundärkreislauf. Bei der Ankunft dreht der Dampf die Turbinenschaufeln. Diese Drehung der Turbinenwelle treibt anschließend den Generator an und wandelt mechanische Energie in Elektrizität um.
• Sobald der Wasserdampf die Turbine passiert hat, gelangt er zu einem Kondensator, wo er abkühlt und wieder in flüssiges Wasser umgewandelt wird.
• Anschließend wird das Wasser zum Dampferzeuger zurückgeführt, um in einem geschlossenen Kreislauf erneut Dampf zu erzeugen.

Schlüsselkomponenten eines Kernkraftwerks

Wir haben zuvor gesagt, dass ein Kernreaktor eine Anlage ist, die darauf ausgelegt ist, Spaltkettenreaktionen auf kontrollierte Weise einzuleiten, aufrechtzuerhalten und zu beenden, und die mit den notwendigen Mechanismen zur Ableitung der erzeugten Wärme ausgestattet ist. Der Reaktor ist das Hauptelement eines Kraftwerks und dient als Lagerort für Kernbrennstoff.

Die Hauptelemente eines Kernkraftwerks sind:

• Kraftstoff: Es ist das Material, in dem Spaltungsreaktionen ablaufen, bei denen typischerweise angereichertes Urandioxid zum Einsatz kommt. Dieser Stoff hat eine Doppelfunktion: Er fungiert als Energiequelle und als Lieferant von Neutronen, die zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion erforderlich sind. Es wird in fester Form geliefert und besteht aus zylindrischen Tabletten, die in etwa vier Meter lange Metallstäbe eingewickelt sind.
• Moderator: Stoff, der die Geschwindigkeit der bei der Spaltung entstehenden schnellen Neutronen verringert und so weitere Spaltungen erleichtert und die Kettenreaktion aufrechterhält.
• Kältemittel: Es ist dasselbe Wasser, das als Moderator fungiert und zur Abführung der Wärme verwendet wird, die durch die Spaltungsreaktion im Uranbrennstoff entsteht.
• Kontrollleisten: Sie sind die Steuerkomponenten des Reaktors und fungieren als Neutronenabsorber. Diese aus Borcarbid oder Indium-Cadmium bestehenden Stäbe ermöglichen eine kontinuierliche Steuerung der Neutronenpopulation, gewährleisten die Stabilität des Reaktors und erleichtern bei Bedarf dessen Abschaltung.
• Rüstung: Es dient dazu, den Austritt von Strahlung und Neutronen aus dem Reaktor in die äußere Umgebung zu verhindern. Typischerweise werden hierfür Materialien wie Beton, Stahl oder Blei verwendet.
• Sicherheitsvorrichtungen: Jede Nuklearanlage ist mit zahlreichen Sicherheitssystemen ausgestattet, die die Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt, einschließlich der Sicherheitshülle, verhindern sollen.
• Druck-Regler: Es ist eine kritische Komponente des Primärkühlkreislaufs. Dieser Regler hält das Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der Dampfphase unter Sättigungsbedingungen aufrecht, um den Druck im Reaktor effektiv zu steuern.
• Reaktorbehälter: Es umschließt den Kernreaktor, in dem die Spaltkettenreaktion stattfindet. Der Kern dieses Schiffes besteht aus Brennelementen.
• Dampferzeuger: Sie fungieren als Wärmetauscher, in denen das Kühlwasser des Primärkreislaufs durch umgekehrt U-förmige Rohre strömt und seine Wärmeenergie an das Wasser des Sekundärkreislaufs überträgt und dieses so in Wasserdampf umwandelt.
• Sicherheitsgebäude: Es handelt sich um das Gehäuse, das das Reaktorkühlsystem sowie mehrere Hilfssysteme enthält und im Normalbetrieb als Schutzbarriere fungiert und wirksam verhindert, dass Schadstoffe in die Außenumgebung gelangen. In Verbindung mit anderen Sicherheitssystemen kommt ihm die entscheidende Verantwortung zu, im Falle eines Unfalls die mögliche Freisetzung von Spaltprodukten in die Atmosphäre zu verhindern.
• Turbine: Die Anlage ist darauf ausgelegt, Wasserdampf aus Dampferzeugern aufzufangen und seine Energie über die Schaufeln in mechanische Rotationsenergie umzuwandeln. Mehrere Abschnitte sind für die Dampfexpansion vorgesehen. Die Welle ist fest mit der Lichtmaschinenwelle verbunden.
• Lichtmaschine: Gerät, das Strom erzeugt, indem es die mechanische Rotationsenergie der Turbine in elektrische Energie mittlerer Spannung und hoher Intensität umwandelt.
• Transformator: Gerät zur Erhöhung der Spannung des vom Generator erzeugten Stroms, um Verluste bei der Übertragung zu den Verbrauchspunkten zu reduzieren.
• Kühlwasser: Wasser aus einem Fluss, einem Stausee oder dem Meer dient dazu, den Wasserdampf im Kondensator zu kondensieren. Dieses Wasser kann direkt zu seiner ursprünglichen Quelle, einem so genannten offenen Kreislauf, zurückgeführt werden oder durch einen Kühlturm in einem geschlossenen Kreislaufsystem recycelt werden.
• Kühltürme: Sie ermöglichen die Ableitung eines Teils der bei der Stromerzeugung entstehenden Restwärme an die Atmosphäre und dienen als Kältequelle. Dieses System dient zur Kühlung des durch den Kondensator zirkulierenden Wassers, der ein integraler Bestandteil des Hilfskühlkreislaufs der Anlage ist.
• Kondensator: Ein Wärmetauscher besteht aus einer Reihe von Rohren, die die Zirkulation von Kühlwasser ermöglichen. Das verdampfte Wasser, das von der Turbine in den Kondensator gelangt, durchläuft einen Verflüssigungsprozess und geht in die flüssige Phase über. Dieser Prozess erzeugt ein Vakuum, das die Betriebseffizienz der Turbine verbessert.

Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr darüber erfahren können, wie ein Kernkraftwerk von innen funktioniert.