Wie funktioniert ein AKW?

Atomkraftwerke nutzen ähnlich wie Kohlekraftwerke die Energie von Wasserdampf, um an Stromgeneratoren gekoppelte Turbinen anzutreiben. Der Reaktor spielt dabei die Rolle des mit Kohle befeuerten Kessels. Die Wärme entsteht durch die Kernspaltung.

Die Brennstäbe im Reaktorkern enthalten Tabletten, sogenannte Pellets, mit einem Anteil des spaltbaren Uran-235 von 2 bis 5 Prozent. Es gibt verschiedene Reaktormodelle: Bei Leichtwasserreaktoren werden die Brennstäbe mit Wasser gekühlt. Das bremst die anfangs sehr schnellen Neutronen so weit ab, dass die Kernspaltung ablaufen kann (Moderation). Die Leistung des Reaktors lässt sich mittels sogenannter Steuerstäbe regulieren. Beim Anfahren des Reaktors werden die Steuerstäbe langsam aus dem Reaktorkern zurückgezogen, zum Abschalten müssen sie vollständig hineingefahren werden.

Druckwasserreaktor

In Deutschland sind vor allem Druckwasserreaktoren wie Brokdorf in Betrieb. Solche Reaktoren haben zwei Kühlkreisläufe (Primär- und Sekundärkreislauf). Im Primärkreislauf ist der Druck so hoch (etwa 150 bar), dass das Wasser auch bei über 300 Grad noch nicht kocht. Dieses superheiße Wasser erhitzt über einen Wärmetauscher das Wasser des Sekundärkreislaufs. Durch ein solches Zwei-Kreissystem wird erreicht, dass die radioaktiven Stoffe aus dem Reaktorkühlwasser auf den ersten Kühlkreislauf beschränkt bleiben und nicht die Turbine und den Kondensator verstrahlen.

Das Wasser im Sekundärkreislauf verdampft. Der heiße Dampf wird über eine Turbine geleitet, die mit einen Generator gekoppelt ist. Hier wird der Strom erzeugt. Anschließend wird der Dampf im Kondensator wieder verflüssigt und in den Sekundärkreislauf zurückgeleitet.

Siedewasserreaktor

In einem Siedewasserreaktor ist der Kühlkreislauf weniger komplex als in einen Druckwasserreaktor. Siedewasserreaktoren wie das inzwischen abgeschaltete AKW Krümmel oder das AKW Gundremmingen haben nur einen Kühlkreislauf und arbeiten mit geringerem Druck. Das Kühlwasser verdampft beim Durchfluss durch den Reaktorkern. Der rund 280 Grad heiße Dampf ist radioaktiv, deshalb können Dampfleitungen und Turbine radioaktive Ablagerungen enthalten.

Wie in jedem Kondensationskraftwerk wird in Atomreaktoren nur rund ein Drittel der durch Kernspaltung erzeugten Wärme zur Stromerzeugung genutzt. Der größere Teil der Energie wird als Abwärme in die Umwelt abgegeben.

Auch nach dem Abschalten gefährlich

Atomkraftwerke können zwar per Schnellabschaltung ausgeschaltet werden, aber die Gefahr ist damit noch nicht gebannt. Dabei werden die Kontrollstäbe innerhalb weniger Sekunden in den Reaktorkern eingebracht. Die Kettenreaktion kommt damit zum Stillstand, die für 93 Prozent der Wärmeproduktion des Reaktors verantwortlich ist. Die restlichen sieben Prozent der Wärmeproduktion dagegen können nicht abgeschaltet werden. Denn diese kommen durch den Zerfall der radioaktiven Stoffe im Reaktorkern zustande - und dieser Prozess kann nicht sofort gestoppt werden.

Diese Zerfallswärme muss mittels Kühlung abgeführt werden, sonst droht eine Kernschmelze. Die Zerfallswärme nimmt nach dem Abschalten rasch ab: Nach einem Tag ist sie von sieben Prozent auf circa 0,6 Prozent der Reaktorleistung im Betrieb abgesunken, nach einem Monat auf circa 0,17 Prozent. Allerdings entsprechen 0,17 Prozent der Leistung bei einem großen Atomkraftwerk noch rund 7.000 Kilowatt. Das ist mehr als ausreichend, um den Kern ohne Kühlung doch zur Schmelze zu bringen.

Wenn nun ein Atomkraftwerk abgeschaltet wird, müssen die Brennelemente innerhalb des Kraftwerks für mehrere Jahre weiter mit Wasser gekühlt werden. Fällt hier die Stromversorgung aber aus und versagt auch der Notstrom, können die Brennstäbe überhitzen und undicht werden. Dann kommt es zur Freisetzung von radioaktiven Stoffen in der Anlage bis hin zur Kernschmelze.