Geniale Kernenergie

Die wesentlichen Komponenten unserer Kernreaktoren

Unser Professor für Reaktor- und Kraftwerktechnik pflegte zu sagen: „Ein Kernkraftwerk ist vom Prinzip her nichts anderes als ein riesiger Tauchsieder. Einziger Unterschied ist das fehlende Kabel und der fehlende Stecker für die Steckdose.“
Dieser „Tauchsieder“ hat wesentliche Komponenten, die in jedem Reaktortyp vorkommen, und einen primären und sekundären Kühlkreislauf. Die wesentlichen Komponenten des Kernreaktors sind: Die Brennelemente, der Brennstoff (Brennstäbe), die Steuerelemente, der Moderator, das Verfahren der Kühlung und die Abschirmung der radioaktiven Strahlung.

Die Brennelemente
Als Brennelement bezeichnet man, neben Ausnahmen, einen stählernen Balken, der aus mehreren Einzelteilen besteht. Seine Hauptkomponenten sind die Brennstäbe, die Steuerelemente und der zentrale Wasserkanal. Die Größe der Brennelemente variiert je nach Kraftwerktyp. Ein Forschungsreaktor hat eine relativ geringe Leistung, da er relativ kleine Brennelemente hat, ein Siedewasserreaktor eine relativ hohe Leistung, da er relativ große Brennelemente hat. Die Leistung eines Kraftwerks lässt sich also mit großen, langen Brennelementen erhöhen bzw. klein halten. Die Ursache dafür ist ganz einfach. Ein großes Brennelement speichert mehr Spaltmaterial als ein kleineres Brennelement.

Die Brennstäbe (Spaltmaterial)
Spaltmaterial, z. B. Uran oder Plutonium, liefert seine Energie nicht durch den chemischen Prozess „Verbrennung“. Spaltmaterial liefert seine Energie durch teilen seines Atomkerns in zwei neue Spaltprodukte, deren Massegehalt insgesamt kleiner ist als die Masse des ursprünglichen Spaltmaterials. Die fehlende Massendifferenz wird in Bewegungsenergie umgesetzt und zeigt sich in Alpha- u. Betastrahlung, in Gammastrahlung und in Neutronenstrahlung. Dabei stoßen z. B. die nach der Kernspaltung freigesetzten Neutronen bei einem Siedewasserreaktor mit Wasseratomkernen zusammen, erzeugen also Reibung auf atomarer Ebene, die zur Erwärmung bzw. zur Verdampfung von Wassers führt. Das Spaltmaterial wird häufig in Tablettenform hergestellt, Tabletten, die dann in stählerne Hüllrohre gefüllt werden. Fertig montiert nennt man diese Hüllrohre dann Brennstäbe.

Steuerelemente
Ähnlich wie die Brennstäbe sind die Steuerelemente konzipiert. Steuerelemente sind ebenfalls Hüllrohre. Diese sind allerdings mit neutronenabsorbierenden Materialien wie Cadmium oder Borverbindungen gefüllt, da beide Materialien einen hohen Neutronenabsorptionsquerschnitt haben. Einzeln nennt man ein solches Hüllrohr Steuerelement, als Gruppe bezeichnet man sie als Steuerelementenbank. Mit diesen Steuerelementen reguliert man die Kettenreaktion bei der Kernspaltung. Die Kettenreaktion entsteht durch den Neutronenfluss, der bei der Kernspaltung entsteht. Diese Neutronen werden vom Uran- oder Plutoniumatom eingefangen, woraufhin sich der Atomkern spaltet und wieder Neutronen freisetzt und so fort (Kettenreaktion). Um diese Kettenreaktion zu steuern, kann man nun die Steuerstäbe innerhalb des Brennelementes hinein- oder hinausfahren. Fährt man sie hinein, absorbieren sie Neutronen, wodurch die Kernspaltungsrate sinkt. Somit kann man mit den Steuerelementen die Kernspaltung regulieren bzw. auf ein kritisches Maß halten.

Der Moderator
Der Begriff stammt aus dem lateinischen und steht für „moderare“ also für „mäßigen“. Der Moderator in einem Kernreaktor mäßigt nämlich die Geschwindigkeit der bei der Kernspaltung entstehenden Neutronen; bremst sie ab zu thermischen Neutronen. Diese thermischen Neutronen werden leichter vom Uran oder Plutonium eingefangen, so dass es effektiver zur Kernspaltung kommt. Physikalisch steht hinter dem „Moderieren“ die Impulsgesetze. Die Impulsgesetze besagen, dass der elastische Stoß am effektivsten ist, wenn die Stoßkugeln einen gleichen Querschnitt haben. Deshalb wählt man häufig Wasser, Deuterium oder Graphit als Moderator für Kernreaktoren, da diese Stoffe einen relativ kleinen Atomkern besitzen, in Bezug auf ein Neutron. Die Brennelemente werden in diese „Moderatoren“ eingetaucht (Wasser, Deuterium) bzw. umhüllt, im Falle von Graphit als Moderator.

Die Kühlung
Die Kühlung sorgt für den Abtransport der entstehenden Wärme im Kernreaktor. Das Kühlmittel ist nicht immer Wasser, sondern bei einem Graphitreaktor besteht das Kühlmittel aus Kohlenstoffdioxid, bei einem Brutreaktor sind es flüssige Metalle wie z. B. Natrium. Gleich ist aber bei allen Reaktoren, dass sich diese Kühlmittel durch den Zerfall der Uran- oder Plutoniumatome auf atomarer Ebene erwärmen. (Die freiwerdende kinetische Energie (Alpha-, Beta-, Gamma- u. Neutronenstrahlung) führt mit den Atomkernen des Kühlmittels elastische Stöße aus, die dabei entstehende Wärme wird an die Umgebung abgegeben und erhitzt das Kühlmittel.) Der bei der Kernspaltung entstehende heiße Dampf wiederum erhitzt über einen Wärmetauscher das Wasser im Sekundärkühlkreislauf. Dabei kondensiert der entstandene heiße Kühlmitteldampf und wird dann mittels einer Kühlmit-telpumpe zurück in den Reaktorkessel gepumpt. Der Kühlmittelkreislauf ist immer der primäre Kühlkreislauf. Er ist radioaktiv verseucht und benötigt eine Abschirmung.

Die Abschirmung
Die Abschirmung in einem Kernreaktor hat uns vor vier ver-schiedene Strahlungen zu schützen. Dabei sind die Alpha- und Betateilchen der Alpha- und Betastrahlung relativ groß, sodass sie durch ausreichend dicke Reaktorwände abgeschirmt werden können. Gammastrahlung hingegen ist eine sehr harte Strahlung und durchdringt fast jedes Material. Der Reaktorkessel benötigt daher eine solide Hülle aus Blei, die zusätzlich von einem Betonbett umgeben ist. Darüber hinaus wird der Reaktorbereich zusätzlich von einer sehr großen Betonkuppel geschützt. Die entstehende Neutronenstrahlung lässt sich zum Beispiel mit Wasser abschirmen, weil Wasser Neutronen absorbiert, oder die Neutronen werden durch die Reflektorfunktion des Wassers (unelastischer Stoß) wieder in den Kern des Reaktors zurückgestreut.

Der Sekundärkreislauf
Bei allen Kernkraftwerken, ob Forschungskraftwerk oder kommerziell betriebenes Kernkraftwerk, ist immer ein primärer und sekundärer Kühlkreislauf vorhanden. Wobei der Primärkreislauf, wie schon beschrieben, über einen Wärmetauscher das Wasser im Sekundärkreislauf zu Wasserdampf erhitzt. Bei einem Forschungsreaktor wird die entstandene Wärme (heißer Wasserdampf im Sekundärkreislauf) als Abfall an die Umgebung abgegeben. In einem Forschungsreaktor ist nämlich nur die entstehende Neutronenstrahlung von Bedeutung. Bei einem kommerziell betriebenen Kernkraftwerk jedoch erzeugt man mit dem Sekundärkreislauf sauberen, nicht radioaktivbelasteten Wasserdampf, der einer Hochdruck- und Niederdruckturbine zugeführt wird. Diese Turbinen sind mit einem Generator gleichgeschaltet, der elektrischen Strom im Megawattbereich erzeugt.

Zusammenfassend kann man also sagen, dass jedes Kernkraftwerk das Wasser des Sekundärkreislaufes zum Sieden und zum Verdampfen bringt. Dabei benötigt ein Kernkraftwerk jedoch keinen ihm zugeführten elektrischen Strom, da es die benötigte Wärme selbst durch kontrollierte Kernspaltung erzeugt. Das Gleichnis unseres Reaktor- und Kraftwerktechnikprofessors hinkt also nicht. Jedes Kernkraftwerk erzeugt, wie ein riesiger Tauschsieder, siedendes Wasser, das zu Wasserdampf wird.

Tiere in Not!

Tiere in Not!
Denn sie sind unser tägliches Brot.

Tiere in Not!
Sie sitzen mit uns in einem Boot,
doch wir erschießen sie mit Schrot.

Tiere in Not!
Wir essen sie, wir fressen sie,
auch wenn ihre Sexualität ist bi.
Wir stopfen sie in uns hinein,
ja selbst das Schwein.

Tiere in Not!
Sie leben nur ein halbes Jahr,
danach verschlingen wir sie, ja das ist wahr.
Als Babyfleisch mit Reis,
zerstückelt, zerhackt vom Menschen mit Fleiß.

Tiere in Not!
Wir lebten einst als Bruder zusammen in einem Haus,
waren mit ihnen fröhlich und nett,
ja, wir gingen mit ihnen sogar zu Bett.
Doch vertilgt wurden sie auch, und das mit Saus und Braus.
Ja mit Haut und Haaren,
egal wie lieb sie waren.

Der Mensch und das Tier!
Kein Blatt Papier,
kann die Qualen beschreiben,
wenn Menschen Tiere zur Schlachtbank treiben.

Tiere in Not!
Denn sie sind unser tägliches Brot.

M.B.H.M.