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Kernkraftwerke

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Energietechnik

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Zusammenfassung

In diesem Kapitel sollen die physikalisch‐technischen Grundlagen der Kernspaltung und deren konkrete Umsetzung in Kraftwerken vermittelt werden. Daher beinhaltet der erste Teil des Kapitels die naturwissenschaftlichen Grundlagen der Reaktorphysik, in der die Thematik auf die allerwichtigsten Fakten beschränkt wurde. Der zweite Teil des Kapitels befasst sich mit dem Aufbau von Brennelementen und dem Reaktor selbst für die einzelnen Reaktortypen, so dass der Leser mit diesem Hintergrundwissen die Ausführungen zur Reaktorsicherheit, insbesondere zum Unfall im japanischen Kernkraftwerk Fukushima Daiichi 2011 nachvollziehen kann.

Weiterhin werden die Themenbereiche Entsorgung, Wiederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen und deren Transport aufgegriffen. Abschließend wird auf das Gegenstück zu den klassischen Kernkraftwerken, die geplanten Fusionskraftwerke, eingegangen.

Mit diesem Kapitel wird nicht angestrebt, alle in einem Kernkraftwerk ablaufenden Prozesse und alle Konzepte detailliert darzustellen. Vielmehr werden in einem ersten Abriss die kerntechnischen Grundlagen zum Verständnis dieser ingenieurstechnisch höchst anspruchsvollen Technologie vorgestellt und die wichtigen Informationen für die Energiewirtschaft vermittelt. Wer weitergehendes Detailwissen anstrebt, möge sich des Literaturverzeichnisses bedienen.

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Notes

  1. 1.

    Virgil C. Summer – 2: 09.03.2013; Virgil C. Summer – 3: 04.11.2013; Vogtle – 3: 12.03.2013; Vogtle – 4: 21.11.2013.

  2. 2.

    Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen, die den Energie‑ und Impulserhalt sicherstellen. Im vorliegenden Zusammenhang ist wichtig, dass ihre Wechselwirkungswahrscheinlichkeit äußerst gering ist.

  3. 3.

    Bindungsenergie Tritium: 8,481 MeV, He‐3: 7,717 MeV.

  4. 4.

    Lat.: Der Weg. Ursprünglich war ITER ein Akronym für International Thermonuclear Experimental Reactor.

  5. 5.

    MWd = MWTag = 24 MWh.

  6. 6.

    European Pressurized Water Reactor.

  7. 7.

    In der Erdkruste sind geringste Spuren natürlichen Plutoniums nachgewiesen worden [6].

  8. 8.

    CANada Deuterium Uranium.

  9. 9.

    Weitere Kernreaktionen, die jedoch seltener sind, sind nachgewiesen.

  10. 10.

    Im Rahmen nuklearer Abrüstungsabkommen, z. B. START II „Megatons to Megawatts“ (1993–2013), wurden in der Vergangenheit bereits aus ehemaligen Kernwaffen Brennelemente gefertigt und anschließend in Reaktoren genutzt. Weitere Abrüstungsabkommen laufen derzeit: z. B. New START (2011–2018) [19].

  11. 11.

    Zircaloy ist eine Zirkoniumlegierung.

  12. 12.

    Reaktivitätsstörfälle sind Störfälle, bei denen es zu einer unkontrollierten Kettenreaktion kommt, wie z. B. 1986 in Tschernobyl.

  13. 13.

    International Nuclear Event Scala.

  14. 14.

    International Atomic Energy Agency.

  15. 15.

    Organisation for Economic Co‐operation and Development.

  16. 16.

    ACR: Advanced CANDU Reactor®.

  17. 17.

    Anticipated Transient without SCRAM: Betriebsstörung mit Versagen der Reaktorschnellabschaltung.

  18. 18.

    Ein Temperaturkoeffizient gibt ganz allgemein die Abhängigkeit einer physikalischen Größe von der Temperatur an. In diesem Fall ist gemeint, dass mit zunehmender Temperatur die Kritikalität des Reaktors abnimmt.

  19. 19.

    Als Leistungsexkursion bezeichnet man das Ansteigen der Reaktorleistung auf ein Vielfaches des Nennwerts binnen Sekunden bzw. Sekundenbruchteilen.

  20. 20.

    In den Filtern reagieren radioaktive Stoffe mit dem Filtermaterial und werden durch diese chemische Verbindungen im Filter zurückgehalten. Edelgase sind jedoch chemisch inert, so dass es keine Möglichkeit der Rückhaltung gibt.

  21. 21.

    Die Konversionsrate beschreibt das Verhältnis von neu erzeugtem (erbrütetem) Spaltstoff zu durch Spaltung verbrauchtem Spaltsoff.

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Authors and Affiliations

  1. RWTH Aachen, Aachen, Deutschland

    Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Hans-Josef Allelein

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  1. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Hans-Josef Allelein
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Correspondence to Hans-Josef Allelein .

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Editors and Affiliations

  1. Hochschule Offenburg, Offenburg, Germany

    Richard Zahoransky

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Allelein, HJ. (2019). Kernkraftwerke. In: Zahoransky, R. (eds) Energietechnik. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-21847-8_5

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