Kernkraftwerk

Dampfkraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltung (Fission). Wesentlicher Bestandteil des Kraftwerks ist der Kernreaktor. Er entspricht dem Kessel in einem Kohlekraftwerk. In seinem zentralen Teil befinden sich die Brennelemente, in denen Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltung und radioaktiven Zerfall freigesetzt und in Wärme umgewandelt wird. Die entstehende Wärme wird auf einen Wärmeträger – zumeist Wasser – übertragen. Dadurch wird dieses erwärmt. Direkt im Reaktor oder indirekt in einem Dampferzeuger entsteht Wasserdampf. Der unter Druck stehende Wasserdampf wird einer meist mehrstufigen Dampfturbine zugeführt, d.h. die Umwandlung in elektrische Energie erfolgt wie in konventionellen thermischen Kraftwerken indirekt.

Die in Kernkraftwerken eingesetzten Reaktortypen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren. Geeignete spaltbare Kernbrennstoffe sind (auf 4–4,5 Prozent Anteil U₂₃₅) angereichertes Uran oder Thorium. Das ebenfalls spaltbare Plutonium entsteht als Nebenprodukt aus dem reichlich vorhandenen, aber nicht spaltbaren U₂₃₈ in Kernspaltungsprozessen.

Es gibt zahlreiche technische Lösungen für die Auslegung von Kernkraftwerken: In Mitteleuropa und in den USA sind am häufigsten die sog. Leichtwasserreaktoren in Betrieb, welche normales Wasser als Kühlmittel und Moderator für den Neutronenfluss benutzen. Diese gibt es wiederum in zwei Bauausführungen, nämlich als Druckwasserreaktor und Siedewasserreaktor, die sich durch die Art der Dampfzuführung auf die Turbine unterscheiden. Eine Weiterentwicklung des Druckwasserreaktors ist der European Pressurized Water Reactor (EPR). Eine russische Variante ist der WWER-Reaktor. Leichtwasserreaktoren benötigen angereichertes Uran, Plutonium oder Mischoxide (MOX) als Brennstoff.

Mit schwerem Wasser moderierte Schwerwasserreaktoren erfordern eine große Menge des teuren schweren Wassers, können aber mit natürlichem, nicht angereichertem Uran betrieben werden. Der bekannteste Vertreter dieses Typs ist der in Kanada entwickelte Candu-Reaktor. Gasgekühlte, graphitmoderierte Reaktoren wurden bereits in den 1950er-Jahren entwickelt und sind daher die ältesten kommerziell genutzten Kernreaktoren; das Kühlmittel ist in diesem Fall Kohlendioxid. In Großbritannien sind noch eine Reihe dieser Brennelemente wegen des aus einer Magnesiumlegierung hergestellten Hüllrohrmateriales als Magnox-Reaktoren bezeichneten Anlagen in Betrieb.

Andere Bauweisen und Auslegungen, v.a. der sog. „Brutreaktor“, der gezielt aus U₂₃₈ neues spaltbares Pu₂₃₉ erzeugen sollte, scheitern bisher an technischen Problemen und damit der Wirtschaftlichkeit.––Kernkraftwerke weisen hohe spezifische Kapitalausgaben (pro installierter kW Leistung) auf, haben aber andererseits sehr niedrige Brennstoffkosten. Einmal erbaute Kernkraftwerke werden deshalb und auch wegen ihrer technischen Auslegung in der Grundlast gefahren, d.h. sie erzeugen möglichst rund um die Uhr Strom. Zu Revision und Brennelementewechsel werden sie i.d.R. einmal jährlich abgeschaltet.––Die Entsorgung der „abgebrannten“ Brennelemente, d.h. mit einer nach etwa drei Jahren für den weiteren Einsatz ungünstigen Isotopenmischung, ist eine derzeit noch nicht endgültig geklärte Frage.––In Deutschland soll gem. Atomgesetz (AtG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 15.7.1985 (BGBl. I S. 1565), das zuletzt durch Art. 5 Absatz 6 des Gesetzes vom 24.2.2012 (BGBl. I S. 212) geändert worden ist, die Nutzung der Kernenergie zur gewerblichen Erzeugung von Elektrizität schrittweise und geordnet beendet werden (vgl. Energiewende).