Ein Nachteil der Leichtwasserreaktoren ist, dass sie bei relativ geringen Temperaturen arbeiten und damit in ihrer Effizienz begrenzt sind (Carnot-Faktor).
Hochtemperaturreaktor
Grund für die Temperaturrestriktion sind die Eigenschaften des eingesetzten Kühlmittels, also des Wassers, sowie der Schutz der eingesetzten Materialien vor zu hohen Temperaturen.
In Druckwasserreaktoren muss die Temperatur unter dem Siedepunkt des Wassers gehalten werden, in Siedewasserreaktoren führen zu hohe Temperaturen zu einer schlechteren Wärmeabfuhr durch die verstärkte Dampfblasenbildung (“Siedekrise”). Dies gefährdet die Betriebssicherheit.
Dieser Umstand führte zur Erforschung und Entwicklung von Hochtemperaturreaktoren. Die Kernbrennstoffe werden in temperaturbeständige keramische Materialien eingebettet und mit Graphit ummantelt, der durch Legierung feuerresistent gemacht werden könnte.
Das Graphit dient als Moderator. Kühlmittel ist das Gas Helium, welches die Brennelemente umströmt.
Die Brennelemente liegen in Kugel- oder prismatischer Form als lose Schüttung oder auch als stabförmige Brennelemente vor.
Das durch die Brennelemente erhitzte Gas überträgt in einem Wärmetauscher seine Wärmeenergie an das Kühlmittel Wasser, welches dadurch verdampft und einen Dampfkraftprozess antreibt. Über eine Turbine und einen Generator wird auf bekannte Weise Strom erzeugt.
Frische Brennelemente können von oben dem Reaktor zugeführt werden, verbrauchte Brennelemente können unten entnommen werden. Die Kugeln haben einen Durchmesser von ca. 6 cm. Zur Abschaltung des Reaktors können Steuerstäbe in den Kugelhaufen eingeführt werden.
In Deutschland wurde in Jülich ein Versuchsreaktor 21 Jahre lang betrieben. In Hamm wurde der Prototyp einer kommerziellen Nutzung des Hochtemperaturreaktors mit 300 MWel gebaut und schon nach 6 Jahren Betrieb 1989 stillgelegt. Grund dafür waren vor allem technische Schwierigkeiten.
Mit diesem Tutorial beenden wir die Reihe zur Kernenergie und werden uns ab nächster Woche mit den erneuerbaren Energien beschäftigen.
