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Schematische Darstellung eines Siedewasserreaktors (BWR) – nur auf Deutsch Quelle: Deutsches Atomforum e. V.
Wie Druckwasserreaktoren gehören auch Siedewasserreaktoren (BWR) zur Konstruktion von Leichtwasserreaktoren.
Im Vergleich zum Druckwasserreaktor (PWR)herrscht im Reaktordruckbehälter des Siedewasserreaktors ein relativ niedriger Druck (etwa 70 bar, also etwa halb so hoch wie im PWR).
Das Kühlwasser durchströmt den Reaktorkern von unten nach oben und leitet die in den Brennelementen entstehende Wärme ab. Ein Teil davon verdampft oberhalb des Reaktorkerns bei ca.290°C (Dampfdom). Der austretende Dampf wird direkt zur Turbine geleitet und treibt sie an. Dies geschieht über Dampftrockner, die die im Dampf enthaltene Feuchtigkeit abtrennen.
Kühlwassersystem
Info: Leichtwasserreaktoren
Der Unterschied zwischen den verschiedenen Reaktortypen liegt im verwendeten Kühlmittel (Wasser, Gas oder flüssiges Metall) und dem verwendeten Moderator (eine Substanz, die schnelle Neutronen verlangsamt und so die Kettenreaktion ermöglicht und aufrechterhält – thermische Spaltung). Als Moderatoren können Wasser oder Kohlenstoff in Form von Graphit verwendet werden.
Leichtwasserreaktoren
Heute werden in Deutschland Leichtwasserreaktoren eingesetzt, die weltweit am häufigsten zum Einsatz kommen. Zu den Leichtwasserreaktoren gehören Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. In Leichtwasserreaktoren wird normales Wasser (Leichtwasser) als Kühlmittel verwendet. Gleichzeitig dient das Wasser als Moderator.
Ein Molekül Wasser (H2O) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Wenn beide Wasserstoffatome (H) nur ein Proton (positiv geladenes Modul) im Kern, aber kein Neutron (ungeladenes Modul des Kerns) haben, wird die Kombination mit Sauerstoff als „leichtes Wasser“ bezeichnet.
Im Fall von „schwerem Wasser“ hingegen haben beide Wasserstoffatome im Kern jeweils ein Proton und ein Neutron. Diese Wasserstoffatome werden auch Deuterium genannt – ein Isotop von Wasserstoff.
Die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern bestimmt die Massenzahl eines Kerns. Die Wasserstoffatome des schweren Wassers zeigen eine größere Masse (u≈2) als die Wasserstoffatome des leichten Wassers (u≈1).
Der „verbrauchte“ Dampf, der einen Großteil seiner Energie an die Turbine abgegeben hat, wird im Kondensator mit Hilfe eines weiteren Kreislaufs (Kühlwassersystem) gekühlt, kondensiert wieder zu Wasser und wird über Pumpen in den Reaktorkern zurückgeführt.
Radioaktive Stoffe erreichen Turbine
Die Rohrleitungen (Hauptdampfleitungen und Speisewasserleitungen) führen vom Containment ins Kraftwerk. Da der Wasserdampf radioaktive Stoffe enthalten kann, können die Hauptstromleitungen, die Turbine, der Kondensator und die Speisewasserleitungen radioaktive Ablagerungen enthalten. Deshalb ist beim BWR auch das Kraftwerk Teil des Regelbereichs der Anlage und entsprechend geschützt (z.B. Abschirmung der Turbine).
Es wurden eine Reihe von Sicherheitseinrichtungen installiert, um den Reaktor im Falle eines Unfalls sofort vom Kraftwerk zu trennen (sogenannte Penetrationsisolierung).
Kontrolle der Kernspaltung im BWR
Im Reaktordruckbehälter integrierte Umwälzpumpen mischen das aus dem Kondensator gepumpte Speisewasser mit dem nicht verdampften Wasser im Reaktordruckbehälter. Je nach Umwälzvolumen ändert sich die Temperatur des durch die Brennelemente strömenden Kühlmittels. Dies beeinflusst auch den Dampfanteil im Bereich des Reaktorkerns.
Dampf hat eine geringere Moderationswirkung als Wasser. Je mehr Dampf sich im Bereich des Reaktorkerns befindet, desto weniger Kernspaltungen finden statt. Somit nimmt die Reaktorleistung ab (negativer Dampfblasenkoeffizient). Durch Änderung der Drehzahl der Umwälzpumpen kann somit die Reaktorleistung über den Anteil der Dampfblasen im Kühlwasser beeinflusst werden. Ein geringerer Kühlmittelstrom reduziert die Reaktorleistung durch Erhöhung des Dampfblasenanteils und umgekehrt.
Die Reaktorsteuerstäbe mit neutronenabsorbierendem Material (sogenannte Neutronengifte) werden von unten in den Reaktorkern geladen und regeln den Reaktor. Im Falle einer Reaktorauslösung werden die Steuerstäbe pneumatisch in den Reaktorkern „geschossen“, wodurch die Kettenreaktion beendet wird.
Weitere Informationen
- Druckwasserreaktoren