Ein Kernkraftwerk arbeitet auf Basis des Dampfkraftprozess zur Erzeugung von Strom und besteht deshalb aus den vier entsprechenden Komponenten: Brennkammer, Turbine, Kondensator und Pumpe.
Kernkraftwerke (KKW)
Im Gegensatz zu den fossil befeuerten Kraftwerken wird im Kernkraftwerk die Wärme in einem Reaktor erzeugt, in dem Kernbrennstoffe durch Kernspaltung Energie freisetzen.
Ein Leichtwasserreaktor ist mit senkrecht stehenden Brennstäben (mehrere Meter lang, ca. 1 cm Durchmesser) bestückt, die mit angereichertem Uran gefüllt sind. In den in Deutschland verwendeten Bauarten von KKW sind die Brennstäbe von Wasser umgeben, welches als Moderator und zur Kühlung genutzt wird. In einer kontrollierten Kettenreaktion werden bei Kernspaltungen Neutronen mit hoher Geschwindigkeit freigesetzt.
Die Neutronen durchdringen das Wasser und werden dabei abgebremst („moderiert“), da sie gegen die Wasserteilchen prallen. Die Energie, in diesem Fall die Bewegungsenergie der Neutronen, wird dabei auf das Wasser übertragen und erhitzt dieses.
Die kontrollierte Kettenreaktion
Die Neutronen haben an Geschwindigkeit verloren und können nun zu einer weiteren Kernspaltung führen. Dafür müssen sie auf ein Uran-Atom treffen. Dieses Atom spaltet sich nun in kleinere Atomkerne und gibt mehrere Neutronen mit hoher Energie frei.
Im statistischen Mittel darf jede Kernspaltung nur eine weitere Kernspaltung auslösen. Wird mehr als eine weitere Kernspaltung ausgelöst, spricht man von einer unkontrollierten Kettenreaktion. Bei dieser würde die Anzahl der Kernspaltungen exponentiell anwachsen und damit auch die freigegebene Energie. Dieses Prinzip wird in Atombomben genutzt.
Löst eine Kernspaltung im Mittel weniger als eine weitere Kernspaltung aus, so kommt die Reaktion zum Erliegen.
Um zu kontrollieren, wie viele neue Kernspaltungen durch eine Kernspaltung hervorgerufen werden, befinden sich im Reaktor des Kernkraftwerks Steuerstäbe. Diese können zwischen die Brennstäbe gefahren oder herausgezogen werden.
Die Steuerstäbe sind aus einem Material gefertigt, welches leicht die freigesetzten Neutronen aufnehmen und somit die Kettenreaktion kontrollieren kann. Verwendet werden Cadmium oder Borverbindungen.
