Grundlagen moderner Technik

Das Themengebiet der Energietechnik ist ausgesprochen komplex und umfangreich. Damit die Inhalte dieser Seite auch von nicht technisch ausgebildeten Lesern verstanden werden kann, sollen in dieser Rubrik wichtige Grundlagen der Elektro- und Energietechnik als Hilfe dienen.

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Druckwasserreaktor

Der Druckwasserreaktor arbeitet mit einem zusätzlichen Wasserkreislauf: Das im Reaktor erhitzte und somit direkt kontaminierte Wasser kommt aufgrund hohen Drucks nicht zum Sieden und verdampft nicht. Es wird in einem Wärmetauscher abgekühlt, wo die Wärmeenergie auf einen – nicht kontaminierten – Sekundärkreislauf übergeht. Erst das im Sekundär-Kühlkreis erhitzte Wasser verdampft mit hohem Druck. Dieser Dampf treibt ein mehrstufiges Turbinensystem an. Der Vorteil des Druckwasserreaktors ist, dass kein radioaktiv kontaminiertes Wasser auf die Turbinen geführt wird und der strahlende Bereich sehr eng begrenzt ist. Der Nachteil sind Wirkungsgradverluste durch den zusätzlichen Wärmetauscher.

Im Druckwasserreaktor wird mit einem Druck von rund 157 bar im Kühlsystem gearbeitet. Pro Sekunde durchströmen rund 18,8t Kühlmittel den Reaktor. Auch die Turbinen leisten Gewaltiges, denn pro Sekunde werden sie von rund 2,1t Dampf (kein Druckfehler: 2,1 Tonnen pro Sekunde!) angetrieben.

Prinzip des Druckwasserreaktors: Das unter hohem Druck stehende Wasser des Reaktorbehälters (1) erhitzt im Dampferzeuger (5) Wasser des zweiten Kreislaufes. Dessen Dampf treibt die Turbinen an. Im Kondensator wird der Dampf wieder abgekühlt und in den Dampferzeuger zurück geführt. Die Leistung der Brennstäbe (2) wird durch Steuerstäbe (3) geregelt.

Prinzip des Druckwasserreaktors: Das unter hohem Druck stehende Wasser des Reaktorbehälters (1) erhitzt im Dampferzeuger (5) Wasser des zweiten Kreislaufes. Dessen Dampf treibt die Turbinen an. Im Kondensator wird der Dampf wieder abgekühlt und in den Dampferzeuger zurück geführt. Die Leistung der Brennstäbe (2) wird durch Steuerstäbe (3) geregelt.

Der Druckwasserreaktor bietet durch den zusätzlichen Kühlkreislauf ein Plus in der Sicherheit. Defekte im Bereich der Turbinen sind nicht mit radioaktiven Emissionen verbunden. Allerdings gab es auch bei diesem Kraftwerkstyp im Jahr 1979 einen schweren Unfall in Harrisburg, USA (Three Mile Island). Nach einer Notabschaltung des Reaktors wegen eines Pumpendefektes wurde zwar die Kernspaltung gestoppt, die sehr erhebliche Nachzerfallwärme erhitzte den primären Kühlkreislauf jedoch weiter, so dass ein Überdruck entstand. Ein Sicherheitsventil öffnete sich zwar, jedoch schloss es sich nicht wie vorgesehen automatisch. Zudem blieb der Defekt des Ventils im Kontrollraum unbemerkt, wodurch in einer ersten Fehlfunktion radioaktiv kontaminierter Dampf in großer Menge in die Umwelt freigesetzt wurde.

Weil zudem bei einem kurz zuvor durchgeführten Test die Ventile eines redundanten Kühlsystems geschlossen wurden, fiel dieses als Notfallsystem aus. Der Kern überhitze und schmolz teilweise. Innerhalb des Reaktorsicherheitsbehälters kam es zu einer Wasserstoffexplosion, die im Reaktorsicherheitsbehälter einen grenzwertigen Innendruck zur Folge hatte. Um diesen Druck zu reduzieren, wurden große Mengen Dampf direkt und ohne Filterung in die Atmosphäre abgelassen.

Die Unfallursachen von damals wurden in heute bestehenden Reaktoren beseitigt. Kühlsysteme werden nicht nur mehrfach, sondern auch in verschiedenen Bauformen nebeneinander verwendet. Mit dieser Maßnahme wird eventuellen Baumusterstörungen entgegen gewirkt. Verschlossene Ventile öffnen sich nach Entfernen des Schlüsselschalters automatisch, wodurch eine Reaktivierung eines vorübergehend außer Betrieb gesetzten Kühlkreislaufes nicht durch menschliches Versagen verhindert werden kann. Die Meldesysteme innerhalb der Kernkraftwerke wurden zudem erweitert.

Trotz des damals unbestritten sehr schweren Unfalls hat der Druckwasserreaktor von Harrisburg eine schwere Prüfung mit diesem Ereignis bestanden: Obwohl der Reaktorkern schwer beschädigt wurde, blieb der Reaktorsicherheitsbehälter und die Stahlbetonhülle unbeschädigt. Eine Katastrophe wie einige Jahre später in Tschernobyl wurde damit verhindert.

(rs/01-2016)