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Druckwasserreaktor

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Der Druckwasserreaktor (DWR) ist eine Bauform eines Kernreaktors, bei der Wasser als Moderator und Kühlmittel dient. Der Betriebsdruck des Wassers wird hier, anders als beim Siedewasserreaktor, so hoch gewählt, dass es bei der vorgesehenen Betriebstemperatur noch nicht siedet. Meist wird leichtes Wasser (H2O) verwendet, diese Reaktoren gehören daher zu den Leichtwasserreaktoren. Die Verwendung von schwerem Wasser (D2O) ist auch möglich, aber selten.

Inhaltsverzeichnis

Primärkreislauf

Dem Kühlmittel Wasser wird eine veränderliche Menge an Borsäure zugesetzt. 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:

Durch diese Effekte verringert 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 durch Kernspaltung erzeugte Wärme aufnimmt und sich auf etwa 325 °C erwärmt. Von dort wird es mit Kreiselpumpen in die Dampferzeuger gepumpt, die in der Form von Rohrbündelwärmeübertragern 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 Containments 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 umgesetzt 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.

Sekundärkreislauf

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.

Der Kondensator wiederum wird mit Kühlwasser, meist aus einem Fluss, gekühlt. Je nach Anfangstemperatur und Wasserführung des Flusses muss dieses Kühlwasser, bevor es in den Fluss zurückgeleitet wird, seinerseits wieder abgekühlt werden. Zu diesem Zweck wird ein Teil des Kühlwassers in einem Kühlturm zum Verdunsten gebracht. Dadurch entstehen bei manchen Wetterlagen weiße Wolken über den Kühltürmen.

Druckwasserreaktoren besitzen einen Wirkungsgrad von 32–36 % (wenn man die Urananreicherung mitrechnet), also sehr ähnliche Werte wie ein KKW des Typs Siedewasserreaktor. Der Wirkungsgrad ließe sich um einige Prozentpunkte steigern, wenn man die Dampftemperatur wie bei Kohlekraftwerken auf über 500 °C steigern würde. Das unterbleibt aber aus Sicherheitsgründen.

Ausführungen des Druckwasserreaktors sind zum Beispiel der von Siemens in den 1980ern in Deutschland gebaute Konvoi, der von Framatome in Frankreich gebaute N4 und der sowjetische WWER-Reaktor. Areva NP baut zur Zeit in Olkiluoto (Finnland) einen European Pressurized Water Reactor (EPR), eine Weiterentwicklung der Konvoi und N4 Kernreaktoren.

Druckwasserreaktoren haben bereits eine lange technische Entwicklung hinter sich. Dieser Reaktortyp wurde zunächst in großen Stückzahlen zum Antrieb von Kriegsschiffen gebaut. Die erste Anwendung für friedliche Zwecke war die 1957 fertiggestellte Anlage Shippingport, USA, mit 136 MW.

Siehe auch

 Wiktionary: Druckwasserreaktor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik