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Der Siedewasserreaktor
Der Siedewasserreaktor (kurz SWR) ist ein Atomreaktor, der dem Druckwasserreaktor in vielem ähnelt. Er gehört wie der Druckwasserreaktor zu den Leichtwasserreaktoren, im Gegensatz zum Druckwasserreaktor gibt es aber nur einen Wasser-/Dampfkreislauf.
Das vorgewärmte Wasser wird in den Druckbehälter des Reaktors gepumpt, der durch das Containment vom restlichen Aufbau isoliert ist. In dem Druckbehälter befinden sich die Brennelemente aus Urandioxid angereichert mit Uran-235, das temperaturbeständig und chemisch nicht reaktiv ist. Das hier verwendete Uran ist bis zu 4,02 % angereichert. Der Druckbehälter ist zu ungefähr zwei Dritteln mit Wasser gefüllt. Durch die beim Kernzerfall entstehende Wärme verdampfen Teile des Wassers bei 71 bar und 286 °C im Druckbehälter; dieser Dampf treibt die Turbine an. Mit Hilfe eines Generators wird die Drehbewegung der Turbine in elektrischen Strom umgewandelt. Der entspannte Wasserdampf wird durch Kühlwasser im Kondensator verflüssigt und wieder dem Kreislauf zugeführt. Die im Reaktor erzeugte Dampfmenge beträgt bei einem Siedewasserreaktor eines deutschen Kernkraftwerkes etwa 7000 Tonnen pro Stunde.
Die Reaktorleistung kann über Wasserumwälzpumpen im Bereich zwischen etwa 60 % und 100 % geregelt werden. Die weitere Regelung findet über Steuerstäbe aus Borcarbid oder den Metallen Hafnium oder Cadmium statt. Beim Abschalten aller Umwälzpumpen fällt die Leistung auf 30-40 % der Nennleistung in den sogenannten Naturumlaufpunkt. Der (potentielle) Wirkungsgrad eines Siedewasserreaktors ist nur unwesentlich kleiner als der des Druckwasserreaktors. Der Nettowirkungsgrad liegt bei ca. 35 Prozent.
Sicherheit
Die Dampfturbine wird im Siedewasserreaktor – im Gegensatz zum Druckwasserreaktor – direkt von dem im Reaktordruckbehälter erzeugten Wasserdampf betrieben. Der radioaktive Kreislauf ist somit nicht auf den Sicherheitsbehälter beschränkt, daher müssen - beispielsweise für die Abdichtung der Turbinenwelle - besondere Vorkehrungen getroffen werden. Anders als beim Druckwasserreaktor gehört das Maschinenhaus hier zum Kontrollbereich, so dass während des Leistungsbetriebs nur eingeschränkt dort gearbeitet werden kann. Durch die im Reaktordruckbehälter eingebauten Wasserabscheider und Dampftrockner verläßt während des Leistungsbetriebs lediglich Dampf den Reaktor, der im Vergleich zum flüssigen Kühlmittel (bei Druckwasserreaktoren) erheblich weniger radioaktiv kontaminiert ist. Bei den im Dampfkreislauf befindlichen radioaktiven Stoffen handelt es dich im Wesentlichen um radioaktive Edelgase und deren Tochternuklide. Jedoch werden die Rohrleitungen und Teile der Turbinen durch den permanenten Kontakt mit diesen Stoffen im Laufe der Zeit an der Oberfläche kontaminiert. Wenn hier Teile ausgetauscht werden, so müssen diese durch Abtragen der Oberfläche z.B. durch Sandstrahlen dekontaminiert werden. Dies gilt selbstverständlich ebenfalls für kühlmittelführende Leitungen eines Druckwasserreaktors.
Die Steuerstäbe werden bei Siedewasserreaktoren von unten in den Reaktor eingefahren. Die Steuerstäbe werden im Betrieb durch elektrische Antriebe verfahren, für die Schnellabschaltung steht unabhängig davon ein hydraulisch wirkendes System zur Verfügung. Dieses folgt dem sogenannten fail-safe-Prinzip, d.h. beim Ausfall von z.B. der Energieversorgung läuft die Schnellabschaltung durch in Drucktanks gespeicherte Energie von selbst ab. Bei einem unterstellten Ausfall der Steuerung der Steuerelemente kann die Kernreaktion auch durch Borsäureeinspeisung unterbrochen werden (sogenanntes Vergiftungssystem). Bei einem Druckwasserreaktor hingegen fallen die Steuerstäbe bei einer Schnellabschaltung durch ihre Schwerkraft in den Kern und unterbrechen so die nukleare Kettenreaktion. Nach dem Abschalten des Reaktors muss bei jedem Reaktortyp die Nachzerfallswärme abgeführt werden. Beim Siedewasserreaktor kann die Nachzerfallswärme durch Ableiten von Dampf in den Turbinenkondensator oder in einen Kondensationsbehälter abgeführt werden. Durch die hohe Energieabfuhr über den Dampf benötigt der Siedewasserreaktor nur eine geringe Wassernachspeisung zum Abführen der Nachzerfallswärme. In vielen Siedewasseranlagen steht dazu eine Hochdruckpumpe zur Verfügung die von einer kleinen Dampfturbine angetrieben wird. Es wird dabei zugleich Energie aus dem Reaktor abgeführt, wie auch Wasser nachgespeist. Die Regelung dieses Aggregats kann aus Batterien erfolgen, so dass für begrenzte Zeit eine Kernkühlung auch ohne Diesel-Notstromgeneratoren möglich ist.
Eine bedeutsame sicherheitstechnische Eigenschaft ergibt sich aus der möglichen Kühlung des oberen Teils der Brennelemente durch vorbeiströmenden Dampf. Falls der Füllstand des Reaktorwassers unter die Oberkante des Reaktorkerns fallen sollte, so reicht die Wärmeableitung mit dem nach oben abströmenden Dampf immer noch aus um die Brennstäbe soweit zu kühlen, dass kein unmittelbarer Schaden eintritt.
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