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Der Druckwasserreaktor DWR
Der Druckwasserreaktor (DWR) ist eine Bauform eines Kernreaktors, bei der Wasser als Moderator und Kühlmittel dient. Der Druck des Wassers ist groß genug, um ein Sieden des Kühlmittels zu verhindern. In den meisten Fällen wird leichtes Wasser (H2O) verwendet, diese Reaktoren gehören daher zu den Leichtwasserreaktoren. Die Verwendung von schwerem Wasser (D2O) ist auch möglich, aber selten.
Dem Kühlmittel Wasser wird eine veränderliche Menge an Borsäure zugesetzt wird. Bor ist ein wirksamer Absorber für Neutronen, somit kann durch die Borsäurekonzentration die Leistung des Reaktors geregelt werden. Eine automatische, in der Physik begründete Leistungsregelung liegt im Zusammenhang von Brennstoff- und Kühlmitteltemperatur mit der Reaktivität. Eine Temperaturerhöhung im Reaktor führt zu:
erhöhter Brennstofftemperatur: Dadurch steigt die Neigung des nicht spaltbaren Uranisotops 238, Neutronen zu absorbieren.
erhöhte Kühlmitteltemperatur, geringere Dichte: Dadurch verringert sich die Moderationseigenschaft des Kühlmittels.
Durch diese Effekte verringern sich die Reaktivität und somit die Leistung des Reaktors.
Das Kühlmittel wird im Primärkreislauf unter erhöhtem Druck von 154–160 bar durch den Reaktorkern geleitet, wo es die Wärme des Kernzerfalls aufnimmt und sich auf etwa 325 °C erwärmt. Von dort wird es mit Kreiselpumpen in die Dampferzeuger gepumpt, die in der Form von Rohrbündelwärmetauschern ausgeführt sind. Nach der Übertragung der Wärme fließt das Kühlmittel zurück in den Reaktorkern. Dies ist ein Vorteil gegenüber dem Siedewasserreaktor, da das Kühlmittel, das zugleich als Moderator dient und außerdem immer etwas radioaktiv verunreinigt ist, sich ständig innerhalb des Sicherheitscontainments befindet. Daher sind im Maschinenhaus keine Strahlenschutzmaßnahmen notwendig.
Um eine möglichst gleichmäßige radiale Temperaturverteilung zu erzielen, erfolgt die Erstbeladung mit Brennelementen mit von innen nach außen steigendem Anreicherungsgrad. Nach Ende des ersten Brennstoffzyklus (etwa 1 Jahr) wird jeweils nur das äußere Drittel des Inventars durch neue Brennelemente ersetzt, die im Laufe der folgenden Zyklen von außen nach innen ungesetzt werden. Neben diesem Ziel der gleichmäßigen radialen Leistungsdichteverteilung kann durch andere Kernbeladungen entweder der Abbrand der Brennelemente erhöht werden oder ein geringerer Neutronenfluss in der Nähe der Wand des Reaktordruckbehälters erreicht werden.
Sekundärkreis
Das Wasser im Sekundärkreislauf steht unter einem Druck von etwa 65 bar, weshalb es an den Heizrohren der Dampferzeuger erst bei 280 °C verdampft. In einem Kernkraftwerksblock der in Deutschland üblichen elektrischen Leistung von 1400 MW beträgt die dabei entstehende Dampfmenge für alle Dampferzeuger zusammen etwa 7000 Tonnen pro Stunde. Der Wasserdampf wird über Rohrleitungen in eine Dampfturbine geleitet, die über den angekoppelten Generator elektrischen Strom erzeugt. Danach wird der Dampf in einem Kondensator niedergeschlagen und als Wasser mit der Speisepumpe wieder den Dampferzeugern zugeführt.
Druckwasserreaktoren besitzen einen Wirkungsgrad von 32-36 % (wenn man die Urananreicherung mitrechnet), also sehr ähnliche Werte als ein KKW des Typs Siedewasserreaktor.
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