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Kernkraftwerke - Referat
Kernkraftwerk (KKW)
Prinzipieller Aufbau eines Kernreaktors (Anlagen bei denen Kettenreaktionen kontrolliert ablaufen)
• Ausreichend Masse an spaltbarem Material, in den meisten Fällen ist es Uran-235
• Stoff zur Abbremsung der Neutronen = Moderator
• Medium zur Wärmeabführung = Wasser
• Steuerungseinrichtungen = Steuerstäbe
• Barrieren und Maßnahmen für den Strahlenschutz
Das Brennelement:
• Verwendung von Uran-235, Konzentration 3,5%
• Zylinderförmige Hülle besteht aus Zirkaloy (Metalllegierung, die den Brennstoff vom Kühlmittel trennt)
• In den Brennstäben befinden sich Uran-Oxid Tabletten (eigentlicher Brennstoff)
• Dieser Brennstoff spaltet sich
• 72 Brennstäbe ergeben ein Brennelement
• Ca. 800 Brennelemente befinden sich in einem Reaktor
Funktionsweise der Kernspaltung
• Uran-Isotop 235 wird durch Beschuss von einem langsamen Neutronen gespalten
• D.h. dem Uran-Kern wird ein Neutron zugefügt instabil (Massenanzahl beträgt statt 235, 236)
• Spaltung in z.B. Krypton und Barium, bei der Spaltung werden wiederum zwei bis drei neue Neutronen frei (die Kernladungszahl der beiden Spaltprodukte muss immer gleich der Kernladungszahl des Urans sein!)
Kettenreaktion
• Angenommen zwei Neutronen werden freigesetzt können wiederum zwei Uran-Kerne spalten
• Vier Neutronen sind im Umlauf (2.Neutronengeneration) können 4 Uran-Kerne spalten
• Da die Spaltungen lawinenartig ablaufen, wird innerhalb kürzester Zeit sehr viel Energie frei gesetzt
 Kettenreaktion
Moderator
• Die schnellen freigewordenen Neutronen müssen abgebremst werden, da sie ansonsten einfach an den Uran-Kernen abprallen (nur langsame Neutronen sind wirksam und spalten den Uran-Kern)
• Meist verwendet man als Moderator Wasser
• Neutronen prallen auf den Wasserkern werden abgelenkt (Beispiel mit Autocrash) und werden langsamer
• Langsame Neutronen können wiederum neue Uran-Kerne spalten
 ohne den Moderator ist keine Kettenreaktion möglich
Steuereinrichtungen:
• Um die Kettenreaktion irgendwie zu kontrollieren (damit nicht zu viel Energie frei wird), werden sogenannte Steuerstäbe verwendet (Bor oder Cadmium)
• Stäbe sind Neutronen absorbierend
• Je weiter die Steuerstäbe „hineingefahren“ werden, desto weniger Kernspaltungen finden statt (da ja die Kettenreaktion unterbrochen wird, bzw. weniger Neutronen im Umlauf sind)
 Leistung sinkt
Kühlwasser
• Der Dampf bzw. die Wärme die im Reaktor entsteht muss irgendwie abtransportiert werden
 Wasser
• Kühlwasser läuft durch Rohre und kühlt den heißen Dampf ab
 Wasser ist Moderator + Kühlmittel
• Kühlwasser wird zum Beispiel aus der Isar abgeleitet
Siedewasserreaktor:
• Brennelemente erhitzen sich durch die Kernspaltung (d.h. Kernenergie wird in Wärmeenergie umgewandelt)
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• Wärme wird an das Kühlwasser abgegeben  Siedet
• Hochgespannter Dampf entsteht (hochgespannt = hoher Druck)
• Dampf wird vom Reaktordruckgefäß in die Röhre gedrückt (Umwandlung in potenzielle Energie)
• Dampf treibt die Turbine an, d.h. es entsteht Bewegungsenergie
• Turbine ist an einen Generator gekoppelt
• Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt Strom
• Dampf wird in den Kondensator geleitet
• Dampf kondensiert mithilfe des Kühlwassers, dass durch Rohre läuft (z.B. von der Isar)
• Entstehendes Wasser wird mithilfe einer Pumpe wieder in das Reaktordruckgefäß befördert
• Die im Kondensator entstehende Kondensationswärme wird an einen Fluss oder per Kühlturm abgegeben
Vergleich zwischen Siedewasser- und Druckwasserreaktor
Nachteil beim Druckwasserreaktor = kostspieliger wegen der Brennstoffanreicherung (dafür
wird aber mehr Energie pro Tonne Uran umgewandelt)
kostspieligere Bauweise (höherer Betriebsdruck)
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