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2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

5. Kernkraftwerke

verfasst von : Hans-Josef Allelein, Univ.-Prof. Dr. rer. nat.

Erschienen in: Energietechnik

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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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 in Form einer Einführung in die 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 Informationen für die Energiewirtschaft wichtigen vermittelt. Wer weitergehendes Detailwissen anstrebt, möge sich des Literaturverzeichnisses bedienen.

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Fußnoten
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
Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen, die den Energie- und Impulserhalt sicherstellen. Im vorliegenden Zusammenhang ist wichtig, dass ihre Wechselwirkungswahrscheinlichkeit äußerst gering ist.
 
3
Bindungsenergie Tritium: 8,481 MeV, He-3: 7,717 MeV.
 
4
Lat.: Der Weg. Ursprünglich war ITER ein Akronym für International Thermonuclear Experimental Reactor.
 
5
MWd = MWTag = 24 MWh.
 
6
European Pressurized Water Reactor.
 
7
In der Erdkruste sind geringste Spuren natürlichen Plutoniums nachgewiesen worden [6].
 
8
CANada Deuterium Uranium.
 
9
Weitere Kernreaktionen, die jedoch seltener sind, sind nachgewiesen.
 
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
Zircloy ist eine Zirkoniumlegierung.
 
12
Reaktivitätsstörfälle sind Störfälle, bei denen es zu einer unkontrollierten Kettenreaktion kommt, wie z. B. 1986 in Tschernobyl.
 
13
International Nuclear Event Scala.
 
14
International Atomic Energy Agency.
 
15
Als „Corium“ wird die geschmolzene Masse aus Brennstoff, Strukturkomponenten der Brennelemente aus Zircaloy oder Stahl sowie Kerneinbauten, wie der unteren Kerntragplatte, bezeichnet.
 
16
Stand März 2013.
 
17
Organisation for Economic Co-operation and Development.
 
18
ACR: Advanced CANDU Reactor®.
 
19
Anticipated Transient without SCRAM: Betriebsstörung mit Versagen der Reaktorschnellabschaltung.
 
20
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.
 
21
Als Leistungsexkursion bezeichnet man das Ansteigen der Reaktorleistung auf ein Vielfaches des Nennwerts binnen Sekunden bzw. Sekundenbruchteilen.
 
22
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.
 
23
Die Konversionsrate beschreibt das Verhältnis von neu erzeugtem (erbrütetem) Spaltstoff zu durch Spaltung verbrauchtem Spaltsoff.
 
Literatur
1.
Smidt, D.: Reaktortechnik, 2. Aufl. G. Braun-Verlag, Karlsruhe (1976)
2.
Wirtz, K.: Vorlesung über Grundlagen der Reaktortechnik, Teil 1, Kernphysikalische Grundlagen. Lehrstuhl für Physik. Grundlagen der Reaktortechnik, TH Karlsruhe (1966)
3.
4.
Rajewski, B.: Thieme Verl. 1956 u. G. Braun Verl. (1957)
5.
Fusion falters under soaring costs, BBC World Service, 17. Juni 2009
6.
Keller, C., Möllinger, H. (Hrsg.): Kernbrennstoffkreislauf, Band 1 und Band 2. A. Hüthig Verlag, Heidelberg (1978)
7.
8.
Sicherheitstechnische Regel des KTA: Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen, Teil 1, KTA 220
9.
KKP Philippsburg, EnBW Kraftwerke AG, Redaktion Harald Bläske
10.
GKN, Gemeinschaftskernkraftwerk Neckar, Block I und II, 2. Aufl. 1994
11.
Krebs, W.D.: Risikobeurteilung von Kernkraftwerken – Neue Konzepte. In: Zahoransky, R. (Hrsg.) Entwicklungstendenzen in der Energieversorgung Informationsschrift der VDI-GET. VDI, Düsseldorf (1998)
12.
Sobolewski,J.F., Snell, V.G.: CANDU 6, Safety of CANDU Nuclear Power Stations, AECL-6329 (Atomic Energy of Canada Limited) (1992)
13.
BBC, 300-MW-Kernkraftwerk mit Thorium-Hochtemperatur-Reaktor (THTR-300) der HKG in Hamm-Uentrop, BBC-Druckschrift D HRB 1141 89 D (1989)
14.
Reutler, H., Lohnert, G.H.: Advantages of Going Modular in HTR. Nuclear Engineering and Design, Bd. 78. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, S. 129–136 (1984)
15.
16.
Ziegler, A., Allelein, H.-J.: Reaktortechnik. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2012)
17.
Leistikow, S., Schanz, G.: Oxidation kinetics and related phenomena of zicaloy-4 fuel cladding exposed to high temperature steam and hydrogen-steam mixtures under PWR accident conditions nuclear engineering and design, Bd. 103, S. 65–84 (1987)
18.
Harms, A.A., et al.: Principles of Fusion Energy: An Introduction to Fusion Energy for Students of Science and Engineering. World Scientific Pub Co Inc, Singapur (2002)
19.
20.
21.
Standortauswahlgesetz vom 23. Juli 2013 (BGBl. I S. 2553): Gesetz zur Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle (Standortauswahlgesetz – StandAG)
22.
23.
24.
25.
Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit mbH: Fukushima Daiichi – 11. März 2011: Unfallablauf | Radiologische Folgen (GRS-S-51) (2012)
26.
Duderstadt, J., Hamilton, L.G.: Nuclear Reactor Analysis. John Wiley & Sons, New York (1976)
27.
Bundesamt für Strahlenschutz, Facharbeitskreis Probabilistische Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke: Methoden zur probabilistischen Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke (2005)
28.
Kugeler, K., Schulten, R.: Hochtemperaturreaktortechnik. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1989)
29.
Ziegler, A.: Reaktortechnik Bd. 2. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1984)
30.
Feldhusen, J., Grote, K.-H. (Hrsg.): DUBBEL – Taschenbuch für den Maschinenbau, 23. Aufl. Springer Verlag, Berlin (2011)
31.
Faure, G.: Principles and Applications of Geochemistry, 2. Aufl. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey (1998). ergänzt um deutschsprachige Beschriftung
32.
33.
Janti/Digital Globe: Satellitenaufnahme vom Kernkraftwerk Fukushima Daiichi, März 2011
34.
Abbildungsnachweis mit freundlicher Genehmigung: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik: Bilder Wendelstein 7-X (2014)
Metadaten
Titel
Kernkraftwerke
verfasst von
Hans-Josef Allelein, Univ.-Prof. Dr. rer. nat.
Copyright-Jahr
2015
Buch
Energietechnik

Print ISBN: 978-3-658-07453-1

Electronic ISBN: 978-3-658-07454-8

Copyright-Jahr: 2015

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-07454-8_5